JP2018003801A - Fuel reformation system - Google Patents

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Tsutomu Takahashi
勤 高橋
橋本 公太郎
Kotaro Hashimoto
公太郎 橋本
工藤 知英
Tomohide Kudo
知英 工藤
佐藤 卓哉
Takuya Sato
卓哉 佐藤
有一 伊藤
Yuichi Ito
有一 伊藤
一郎 高瀬
Ichiro Takase
一郎 高瀬
良行 村井
Yoshiyuki Murai
良行 村井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reformation system capable of continuously executing a reforming operation regardless of an operation state of an engine.SOLUTION: A fuel reformation system 1 for producing a reformed fuel including alcohol by reforming a fuel mainly composed of hydrocarbon by using oxygen, includes a mixer 2 for producing a mixture of an oxydation gas and a fuel, a reforming reactor 3 in which a reforming reaction progresses under action of reforming catalyst and the reformed fuel is discharged from an outlet when the air-fuel mixture is supplied from the mixer 2, an oxidation gas supply device 4 for supplying a new oxidation gas not passing through the reforming reactor 3 to the mixer 2, a gas-liquid separator 73 for separating the reformed fuel of gas-liquid mixture discharged from the outlet of the reforming reactor 3 into a gas phase and a condensate phase, and a gas phase recirculation device 8 for supplying at least a part of the reformed fuel of the gas phase separated by the gas-liquid separator 73 to the mixer 2 as a recirculated oxidation gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭化水素を主体とした燃料を改質しオクタン価を向上させる燃料改質システムに関する。より詳しくは、内燃機関の運転状態によらず安定して燃料を改質できる燃料改質システムに関する。   The present invention relates to a fuel reforming system for reforming a fuel mainly composed of hydrocarbons to improve the octane number. More specifically, the present invention relates to a fuel reforming system that can stably reform fuel regardless of the operating state of an internal combustion engine.

近年、内燃機関の熱効率のさらなる向上を目指して、内燃機関の圧縮比を高くする技術の研究が進められている。例えばガソリンエンジンにおいて圧縮比を高くすると、エンドガス(点火プラグから離れた場所における未燃混合気)が、燃焼室全体に火炎が到達する前に圧縮によって自己着火してしまう、所謂ノッキングが発生しやすくなる。したがって内燃機関の高効率化を実現するには、高圧縮比にしながらノッキングの発生を回避することが重要である。近年、数多く提案されている高圧縮比の内燃機関では、点火時期を遅らせることによってノッキングの発生を抑制するものが多い。しかしながら点火時期を遅らせると熱効率が低下するため、ノッキングの発生を抑制する技術としては十分とは言い難い。   In recent years, with the aim of further improving the thermal efficiency of an internal combustion engine, research on techniques for increasing the compression ratio of the internal combustion engine has been advanced. For example, when the compression ratio is increased in a gasoline engine, the end gas (unburned mixture at a location away from the spark plug) is likely to cause so-called knocking in which self-ignition is caused by compression before the flame reaches the entire combustion chamber. Become. Therefore, to achieve high efficiency of the internal combustion engine, it is important to avoid the occurrence of knocking while maintaining a high compression ratio. Many internal combustion engines with a high compression ratio that have been proposed in recent years often suppress the occurrence of knocking by delaying the ignition timing. However, if the ignition timing is delayed, the thermal efficiency is lowered, so it is not sufficient as a technique for suppressing the occurrence of knocking.

そこで、外部から車両に給油された燃料を車両上で改質することによって内燃機関で用いる燃料のオクタン価を向上する技術が注目されている。例えば特許文献1には、ガソリンを改質しアルコールを含む改質燃料を生成する燃料改質システムであって、車両に搭載可能なものが本願出願人によって提案されている。   Therefore, attention has been focused on a technique for improving the octane number of fuel used in an internal combustion engine by reforming fuel supplied to the vehicle from the outside on the vehicle. For example, Patent Document 1 proposes a fuel reforming system that reforms gasoline and generates reformed fuel containing alcohol, which can be mounted on a vehicle, by the present applicant.

特許文献1に記載の燃料改質システムは、炭化水素を主体とする燃料と空気とを混合して混合気を生成する混合器と、生成された混合気を改質触媒の作用下で改質してアルコールを生成する改質反応器と、改質反応器で生成した気液混合状態の改質燃料を凝縮する凝縮器と、凝縮した改質燃料を貯蔵する改質燃料タンクと、を備える。   The fuel reforming system described in Patent Document 1 is a mixer that generates a mixture by mixing fuel mainly composed of hydrocarbon and air, and reforms the generated mixture under the action of a reforming catalyst. A reforming reactor for generating alcohol, a condenser for condensing the reformed fuel in a gas-liquid mixed state generated in the reforming reactor, and a reformed fuel tank for storing the condensed reformed fuel. .

国際公開第2015/076305号公報International Publication No. 2015/076305

上記のような改質反応器に燃料と空気を供給すると、改質反応器からはアルコールを含む液相の改質燃料とともに気相の燃料蒸気も発生する。このため、改質反応器で連続的に改質燃料を生成するためには、改質によって発生した燃料蒸気を適宜処理する必要がある。また燃料蒸気を処理する方法として、内燃機関の吸気負圧を利用することによって燃料蒸気を直接あるいはキャニスタを介して吸気中に放出し、内燃機関の燃焼に用いることが知られている。   When fuel and air are supplied to the reforming reactor as described above, gas phase fuel vapor is also generated from the reforming reactor together with liquid phase reformed fuel containing alcohol. For this reason, in order to continuously produce reformed fuel in the reforming reactor, it is necessary to appropriately process the fuel vapor generated by the reforming. Further, as a method for treating fuel vapor, it is known that fuel vapor is released into intake air directly or via a canister by using intake negative pressure of the internal combustion engine and used for combustion of the internal combustion engine.

しかしながらこの処理方法では、燃料蒸気を処理できるタイミングが内燃機関の運転状態によって限られる。このため、この処理方法を適用して燃料改質システムで発生する燃料蒸気を処理しようとすると、十分な量の燃料蒸気を吸着できるように大きなキャニスタを用いる必要がある。またキャニスタの大型化を避けるため、内燃機関の運転状態の変化に合わせて改質反応器への燃料及び空気の供給を一時的に停止することも考えられるが、この場合、改質反応器では連続的に改質することができなくなってしまう。また、改質反応器への燃料や空気の供給を停止したとしても、直ちに燃料蒸気の発生が止まることもない。   However, in this processing method, the timing at which fuel vapor can be processed is limited by the operating state of the internal combustion engine. For this reason, when this processing method is applied to process the fuel vapor generated in the fuel reforming system, it is necessary to use a large canister so that a sufficient amount of fuel vapor can be adsorbed. In order to avoid an increase in the size of the canister, the supply of fuel and air to the reforming reactor may be temporarily stopped in accordance with changes in the operating state of the internal combustion engine. It becomes impossible to continuously reform. Moreover, even if the supply of fuel or air to the reforming reactor is stopped, the generation of fuel vapor does not stop immediately.

本発明は、内燃機関の運転状態によらず連続的に改質運転を行うことができる燃料改質システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel reforming system capable of continuously performing a reforming operation regardless of the operating state of the internal combustion engine.

(1)本発明の燃料改質システム(例えば、後述の燃料改質システム1)は、炭化水素を主体とした燃料を、酸素を用いて改質してアルコールを含む改質燃料を生成するものであって、酸化ガスと燃料との混合気を生成する混合器(例えば、後述の混合器2)と、前記混合器から混合気が供給されると、改質触媒の作用下で改質反応が進行し出口から改質燃料を排出する改質反応器(例えば、後述の改質反応器3)と、前記改質反応器を経ていない酸化ガスを前記混合器へ供給する酸化ガス供給装置(例えば、後述の酸化ガス供給装置4)と、前記出口から排出される気液混合の改質燃料を気相と凝縮相とに分離する気液分離器(例えば、後述の気液分離器73)と、前記気液分離器によって分離された気相の改質燃料の少なくとも一部を還流酸化ガスとして前記混合器へ供給する気相還流装置(例えば、後述の気相還流装置8)と、を備える。   (1) A fuel reforming system of the present invention (for example, a fuel reforming system 1 described later) is a system that reforms a hydrocarbon-based fuel using oxygen to produce a reformed fuel containing alcohol. A mixture (for example, a mixer 2 to be described later) that generates a mixture of oxidizing gas and fuel, and when the mixture is supplied from the mixer, a reforming reaction is performed under the action of a reforming catalyst. And a reforming reactor (e.g., reforming reactor 3 described later) that discharges reformed fuel from the outlet, and an oxidizing gas supply device that supplies oxidizing gas that has not passed through the reforming reactor to the mixer ( For example, an oxidizing gas supply device 4) described later and a gas-liquid separator (for example, a gas-liquid separator 73 described later) for separating the gas-liquid mixed reformed fuel discharged from the outlet into a gas phase and a condensed phase. And at least part of the gas-phase reformed fuel separated by the gas-liquid separator The vapor recirculation device for supplying to the mixer as an oxidizing gas (e.g., gas phase recirculation device 8 will be described later) provided with a.

(2)この場合、前記燃料改質システムは、前記気液分離器から排出される改質燃料を凝縮する凝縮器(例えば、後述の凝縮器74)と、前記凝縮器で凝縮しきれなかった気相の改質燃料を内燃機関(例えば、後述のエンジンE)の吸気通路(例えば、後述の吸気通路E1)内に供給する蒸気処理装置(例えば、後述の第2蒸気処理装置78)と、をさらに備えることが好ましい。   (2) In this case, the fuel reforming system could not condense with the condenser (for example, the condenser 74 described later) that condenses the reformed fuel discharged from the gas-liquid separator and the condenser. A steam processing device (for example, a second steam processing device 78, which will be described later) for supplying gas-phase reformed fuel into an intake passage (for example, a later-described intake passage E1) of an internal combustion engine (for example, an engine E, which will be described later); It is preferable to further comprise.

(3)この場合、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記酸化ガス供給装置から前記混合器への酸化ガス供給量と前記気相還流装置から前記混合器への還流酸化ガス供給量とを制御する制御装置をさらに備えることが好ましい。   (3) In this case, depending on the operating state of the internal combustion engine, an oxidizing gas supply amount from the oxidizing gas supply device to the mixer and a reflux oxidizing gas supply amount from the vapor phase reflux device to the mixer It is preferable to further include a control device for controlling.

(4)この場合、前記制御装置は、前記内燃機関が停止している場合には、前記内燃機関が稼働している場合よりも、前記還流酸化ガス供給量を増加することが好ましい。   (4) In this case, it is preferable that the control device increases the supply amount of the reflux oxidizing gas when the internal combustion engine is stopped than when the internal combustion engine is operating.

(5)この場合、前記制御装置は、前記内燃機関が停止している場合には、前記内燃機関が稼働している場合よりも、前記酸化ガス供給量と前記還流酸化ガス供給量とを合わせた総酸化ガス供給量に占める前記還流酸化ガス供給量の割合を増加することが好ましい。   (5) In this case, the control device matches the oxidizing gas supply amount and the reflux oxidizing gas supply amount when the internal combustion engine is stopped, compared to when the internal combustion engine is operating. It is preferable to increase the ratio of the reflux oxidizing gas supply amount to the total oxidizing gas supply amount.

(1)本発明では、改質反応器から気液混合状態で排出される改質燃料を気液分離器で気相と凝縮相とに分離し、そして燃料蒸気や未反応酸素を含む気相の改質燃料の少なくとも一部を還流酸化ガスとして改質反応器の混合器へ再び供給する。このように改質反応器で発生する気相の改質燃料を還流することにより、改質反応器における改質運転を一時的に停止することなく内燃機関で処理すべき燃料蒸気の量を減らすことができる。したがって本発明によれば、内燃機関の運転状態が燃料蒸気を処理できる状態であるか否かにかかわらず、連続的に改質運転を行うことができる。また気相の改質燃料の少なくとも一部を混合器に還流することによって内燃機関で処理すべき燃料蒸気等の量を減らすことにより、内燃機関の気筒内における酸素量や燃料量等の変動を抑制できるので、内燃機関の空燃比制御に悪影響を及ぼすことなく改質運転を行うことができる。また内燃機関で処理する際に燃料蒸気を一時的に吸着しておくキャニスタのサイズも小さくできる。また本発明では、改質反応器を経て高温となった気相の改質燃料を混合器に再び供給することにより、新しく冷えた酸化ガスを供給する場合と比較して混合器で混合気を昇温するために必要なエネルギを抑制できる。   (1) In the present invention, the reformed fuel discharged from the reforming reactor in a gas-liquid mixed state is separated into a gas phase and a condensed phase by the gas-liquid separator, and the gas phase containing fuel vapor and unreacted oxygen At least a part of the reformed fuel is again supplied as refluxing oxidant gas to the reformer mixer. By recirculating the gas-phase reformed fuel generated in the reforming reactor in this way, the amount of fuel vapor to be processed in the internal combustion engine is reduced without temporarily stopping the reforming operation in the reforming reactor. be able to. Therefore, according to the present invention, the reforming operation can be continuously performed regardless of whether the operation state of the internal combustion engine is a state in which the fuel vapor can be processed. In addition, by reducing at least part of the reformed fuel in the gas phase to the mixer to reduce the amount of fuel vapor to be processed by the internal combustion engine, fluctuations in the amount of oxygen and fuel in the cylinder of the internal combustion engine are reduced. Therefore, the reforming operation can be performed without adversely affecting the air-fuel ratio control of the internal combustion engine. In addition, the size of the canister that temporarily adsorbs the fuel vapor during processing by the internal combustion engine can be reduced. Further, in the present invention, the gas-phase reformed fuel that has been heated through the reforming reactor is supplied again to the mixer, so that the air-fuel mixture is mixed in the mixer as compared with the case of supplying freshly cooled oxidizing gas. Energy necessary for raising the temperature can be suppressed.

(2)本発明では、気液分離器から排出される改質燃料を凝縮器で凝縮し、この凝縮器で凝縮しきれなかった気相の改質燃料を蒸気処理装置によって内燃機関の吸気通路内に供給する。したがって本発明では、気相還流装置によって気液分離器によって分離された気相の改質燃料の少なくとも一部を混合器に再度供給することにより、凝縮器に流れ込む改質燃料の量を減らすことができるので、凝縮器で改質燃料を凝縮するために必要なエネルギの消費を抑制でき、また凝縮器のサイズも小さくできる。   (2) In the present invention, the reformed fuel discharged from the gas-liquid separator is condensed by the condenser, and the gas phase reformed fuel that has not been condensed by the condenser is converted into the intake passage of the internal combustion engine by the steam processing device. Supply in. Therefore, in the present invention, the amount of reformed fuel flowing into the condenser is reduced by supplying again to the mixer at least a part of the reformed gas in the gas phase separated by the gas-liquid separator by the gas-phase reflux apparatus. Therefore, the consumption of energy necessary for condensing the reformed fuel with the condenser can be suppressed, and the size of the condenser can be reduced.

(3)蒸気処理装置は内燃機関の吸気通路に燃料蒸気を含んだガスを供給するため、蒸気処理装置で処理できるガスの量は内燃機関の運転状態によって変化する。また、気相還流装置からの還流酸化ガス供給量を増加すると、蒸気処理装置で処理すべきガスの量は少なくなるが、その分だけ酸化ガス供給装置から供給できる比較的酸素濃度の高い酸化ガスの供給量を減らさなければならない。そこで本発明では、蒸気処理装置で処理できるガスの量と相関がある内燃機関の運転状態に応じて酸化ガス供給装置からの酸化ガス供給量と気相還流装置からの還流酸化ガス供給量とを制御する。これにより、蒸気処理装置におけるガスの処理能力の変化に合わせて酸化ガス供給量と還流酸化ガス供給量とを変化させることができる。   (3) Since the steam processing device supplies gas containing fuel vapor to the intake passage of the internal combustion engine, the amount of gas that can be processed by the steam processing device varies depending on the operating state of the internal combustion engine. Further, when the amount of refluxing oxidizing gas supplied from the gas phase reflux device is increased, the amount of gas to be processed by the steam processing device is reduced, but an oxidizing gas with a relatively high oxygen concentration that can be supplied from the oxidizing gas supply device by that amount. The amount of supply must be reduced. Therefore, in the present invention, the oxidizing gas supply amount from the oxidizing gas supply device and the reflux oxidizing gas supply amount from the gas phase recirculation device according to the operating state of the internal combustion engine correlated with the amount of gas that can be processed by the steam processing device. Control. Thus, the oxidizing gas supply amount and the reflux oxidizing gas supply amount can be changed in accordance with the change in the gas processing capacity in the steam processing apparatus.

(4)本発明では、内燃機関が停止している場合には、稼働している場合よりも還流酸化ガス供給量を増加する。これにより、内燃機関が停止しており、蒸気処理装置から吸気通路に気相の改質燃料を供給できない場合であっても、改質反応器における改質運転を継続したまま蒸気処理装置に送られる気相の改質燃料の量を減らすことができる。   (4) In the present invention, when the internal combustion engine is stopped, the reflux oxidizing gas supply amount is increased more than when the internal combustion engine is operating. As a result, even when the internal combustion engine is stopped and the gas-phase reformed fuel cannot be supplied from the steam processing device to the intake passage, the reforming operation in the reforming reactor is continued and sent to the steam processing device. The amount of gas phase reformed fuel produced can be reduced.

(5)本発明では、内燃機関が停止している場合には、稼働している場合よりも総酸化ガス供給量に占める還流酸化ガス供給量の割合を増加する。これにより、内燃機関が停止しており、蒸気処理装置から吸気通路に気相の改質燃料を供給できない場合であっても、改質反応器における改質運転を継続したまま蒸気処理装置に送られる気相の改質燃料の量を減らすことができる。   (5) In the present invention, when the internal combustion engine is stopped, the ratio of the recirculated oxidizing gas supply amount to the total oxidizing gas supply amount is increased more than when the internal combustion engine is operating. As a result, even when the internal combustion engine is stopped and the gas-phase reformed fuel cannot be supplied from the steam processing device to the intake passage, the reforming operation in the reforming reactor is continued and sent to the steam processing device. The amount of gas phase reformed fuel produced can be reduced.

本発明の一実施形態に係る燃料改質システムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of a fuel reforming system concerning one embodiment of the present invention. 未改質燃料に反応済みの改質燃料を所定の割合で混ぜて改質した場合と、未改質燃料に反応済みの改質燃料を混ぜずに改質した場合とで、最終的に得られた改質燃料の1時間当たりの酸化進行度を比較した図である。The final results are obtained when the reformed fuel that has been reacted with the unreformed fuel is mixed at a predetermined ratio and reformed, and when the reformed fuel that has been reacted with the unreformed fuel is reformed without mixing. It is the figure which compared the oxidation progress per hour of the obtained reformed fuel. 酸化ガス供給装置や気相還流装置等を用いて混合器に酸化ガスや燃料等を供給する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which supplies oxidizing gas, a fuel, etc. to a mixer using an oxidizing gas supply apparatus, a gaseous-phase reflux apparatus, etc.

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料改質システム1の構成を示す図である。燃料改質システム1は、図示しない車両に搭載される。燃料改質システム1は、改質反応器3を備えており、炭化水素を主体とした燃料(例えば、ガソリン)と酸化ガスとしての空気を用いて改質反応器3によってアルコールやケトン等を含む改質燃料を生成し、この改質燃料を車両の動力発生源であるエンジンEに供給する。図1には、燃料改質システム1と、エンジンEと、その吸気系の構成のみ図示する。エンジンE1の吸気通路E1には、上流側から順に吸気中の異物を除去するエアフィルタが設けられたエアクリーナボックスE2と、排気のエネルギを用いて吸気を圧縮する過給機E3と、吸気スロットルバルブE4と、が設けられている。なお図1では、主に凝縮相の物質の経路や配管については実線の矢印で示し、主に気相の物質の経路や配管については破線の矢印で示す。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel reforming system 1 according to the present embodiment. The fuel reforming system 1 is mounted on a vehicle (not shown). The fuel reforming system 1 includes a reforming reactor 3 and includes alcohol, ketone, and the like by the reforming reactor 3 using a hydrocarbon-based fuel (for example, gasoline) and air as an oxidizing gas. The reformed fuel is generated, and the reformed fuel is supplied to the engine E that is a power generation source of the vehicle. FIG. 1 shows only the configuration of the fuel reforming system 1, the engine E, and its intake system. In the intake passage E1 of the engine E1, an air cleaner box E2 provided with an air filter for removing foreign matters in the intake air in order from the upstream side, a supercharger E3 that compresses intake air using exhaust energy, and an intake throttle valve E4. In FIG. 1, the path and piping of the condensed phase material are mainly indicated by solid arrows, and the path and piping of the gas phase material are mainly indicated by broken arrows.

燃料改質システム1は、酸化ガスと燃料の混合気を生成する混合器2と、混合気が供給されると改質反応が進行しその出口から改質燃料を排出する改質反応器3と、混合器2に含酸素の酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置4と、混合器2に車外から給油された未改質燃料を供給する未改質燃料供給装置5と、混合器2に改質反応器3における改質反応を促進するための触媒を供給する主触媒供給装置6と、改質反応器3から排出された改質燃料を回収し再び混合器2に供給する改質燃料循環装置7と、改質反応器3から排出された改質燃料のうち主に気相のものを回収し再び混合器2に供給する気相還流装置8と、これらの電子制御ユニット(以下、「ECU」という)9と、を備える。   The fuel reforming system 1 includes a mixer 2 that generates a mixture of oxidizing gas and fuel, a reforming reactor 3 that undergoes a reforming reaction when the mixture is supplied, and discharges the reformed fuel from an outlet thereof. The oxidizing gas supply device 4 that supplies oxygen-containing oxidizing gas to the mixer 2, the unreformed fuel supply device 5 that supplies unreformed fuel supplied from outside the vehicle to the mixer 2, and the mixer 2 are modified. Main catalyst supply device 6 for supplying a catalyst for promoting the reforming reaction in the quality reactor 3, and reformed fuel circulation for recovering the reformed fuel discharged from the reforming reactor 3 and supplying it again to the mixer 2 An apparatus 7, a gas phase recirculation apparatus 8 for mainly recovering the reformed fuel discharged from the reforming reactor 3 and supplying it again to the mixer 2, and these electronic control units (hereinafter referred to as “ ECU ”) 9).

酸化ガス供給装置4は、メイン供給管41と、サブ供給管42と、導入経路切替弁43と、サブ空気ポンプ45と、酸化ガス処理装置46と、を備え、これらを用いて吸気通路E1を流れる吸気の一部を酸化ガスとして混合器2に供給する。   The oxidant gas supply device 4 includes a main supply pipe 41, a sub supply pipe 42, an introduction path switching valve 43, a sub air pump 45, and an oxidant gas processing device 46, and these are used to define the intake passage E1. A part of the flowing intake air is supplied to the mixer 2 as an oxidizing gas.

メイン供給管41は、吸気通路E1のうち過給機E3と吸気スロットルバルブE4との間と、混合器2と、を接続する配管である。吸気通路E1を流れ、過給機E3によって圧縮された吸気は、このメイン供給管41を介して混合器2へ供給される。サブ供給管42は、吸気通路E1のうち過給機E3より上流側に設けられたエアクリーナボックスE2の図示しないエアフィルタの下流側と、を接続する配管である。吸気通路E1のうち過給機E3の上流側を流れる吸気の一部は、このサブ供給管42を介して混合器2へ供給される。サブ空気ポンプ45は、サブ供給管42に設けられ、ECU9からの制御信号に応じて吸気通路E1のうち過給機E3の上流側を流れる吸気の一部を圧縮し、圧縮空気を混合器2へ供給する。吸気通路E1のうち過給機E3の上流側は過給機E3の下流側よりも低圧である。このため、過給機E3の下流側の吸気は、ポンプを用いなくても混合器2へ供給できるが、過給機E3の上流側の吸気は、上記サブ空気ポンプ45を駆動しなければ混合器2へ供給できない。なお以下では、サブ供給管42を過給機E3より上流側のエアクリーナボックスE2に接続する場合について説明するが、サブ供給管42の接続先は、エアクリーナボックスE2の上流側や吸気通路の外でもよい。   The main supply pipe 41 is a pipe that connects the supercharger E3 and the intake throttle valve E4 to the mixer 2 in the intake passage E1. The intake air flowing through the intake passage E1 and compressed by the supercharger E3 is supplied to the mixer 2 via the main supply pipe 41. The sub supply pipe 42 is a pipe connecting the downstream side of an air filter (not shown) of an air cleaner box E2 provided on the upstream side of the supercharger E3 in the intake passage E1. A part of the intake air flowing on the upstream side of the supercharger E3 in the intake passage E1 is supplied to the mixer 2 via the sub supply pipe 42. The sub air pump 45 is provided in the sub supply pipe 42, compresses a part of the intake air flowing upstream of the supercharger E 3 in the intake passage E 1 in accordance with a control signal from the ECU 9, and compresses the compressed air into the mixer 2. To supply. In the intake passage E1, the upstream side of the supercharger E3 has a lower pressure than the downstream side of the supercharger E3. Therefore, the intake air on the downstream side of the supercharger E3 can be supplied to the mixer 2 without using a pump, but the intake air on the upstream side of the supercharger E3 is mixed unless the sub air pump 45 is driven. Cannot be supplied to vessel 2. In the following, the case where the sub supply pipe 42 is connected to the air cleaner box E2 upstream of the supercharger E3 will be described. However, the connection destination of the sub supply pipe 42 may be upstream of the air cleaner box E2 or outside the intake passage. Good.

以上のように、酸化ガス供給装置4は、吸気通路E1のうち過給機E3の下流側からの吸気が流れるメイン供給管41と、吸気通路E1のうち過給機E3の上流側からの吸気が流れるサブ供給管42と、の2つの吸気導入経路が設けられている。導入経路切替弁43は、メイン供給管41のうちサブ供給管42の分岐部に設けられた三方弁である。導入経路切替弁43は、ECU9からの制御信号に応じて、上記吸気導入経路を過給機E3の下流側(メイン供給管41側)と過給機E3の上流側(サブ供給管42側)とで選択的に切り替える。すなわち、導入経路切替弁43を過給機E3の下流側に設定すると、過給機E3によって圧縮された吸気が混合器2へ供給される。また導入経路切替弁43を過給機E3の上流側に設定し、さらにサブ空気ポンプ45を駆動すると、過給機E3の上流側の吸気が混合器2へ供給される。   As described above, the oxidizing gas supply device 4 includes the main supply pipe 41 through which intake air from the downstream side of the supercharger E3 flows in the intake passage E1, and the intake air from the upstream side of the supercharger E3 in the intake passage E1. There are provided two intake introduction paths for the sub-supply pipe 42 through which the gas flows. The introduction path switching valve 43 is a three-way valve provided at a branch portion of the sub supply pipe 42 in the main supply pipe 41. The introduction path switching valve 43 passes the intake introduction path on the downstream side of the supercharger E3 (main supply pipe 41 side) and the upstream side of the supercharger E3 (sub supply pipe 42 side) according to a control signal from the ECU 9. And switch selectively. That is, when the introduction path switching valve 43 is set on the downstream side of the supercharger E3, the intake air compressed by the supercharger E3 is supplied to the mixer 2. Further, when the introduction path switching valve 43 is set on the upstream side of the supercharger E3 and the sub air pump 45 is driven, intake air on the upstream side of the supercharger E3 is supplied to the mixer 2.

酸化ガス処理装置46は、メイン供給管41のうち導入経路切替弁43より下流側に設けられ、メイン供給管41を流れて混合器2に供給される空気の酸化力を強化する。より具体的には、酸化ガス処理装置46は、メイン供給管41に設けられた酸素富化膜461と、メイン供給管41のうち酸素富化膜461より下流側に設けられたオゾン発生装置462と、を備える。   The oxidizing gas processing device 46 is provided on the downstream side of the introduction path switching valve 43 in the main supply pipe 41 and reinforces the oxidizing power of the air that flows through the main supply pipe 41 and is supplied to the mixer 2. More specifically, the oxidizing gas processing device 46 includes an oxygen-enriched film 461 provided in the main supply pipe 41 and an ozone generator 462 provided on the downstream side of the oxygen-enriched film 461 in the main supply pipe 41. And comprising.

酸素富化膜461は、メイン供給管41を流れる吸気(空気)中の窒素を除去し、これにより吸気の酸素濃度を上昇させる。酸素富化膜461に用いられる材料としては、シリコン膜や中空糸膜等の既知のものが用いられる。またオゾン発生装置462は、ECU9からの制御信号に応じて、メイン供給管41を流れる吸気中の酸素の一部を励起し、オゾンを発生させる。   The oxygen-enriched film 461 removes nitrogen in the intake air (air) flowing through the main supply pipe 41, thereby increasing the oxygen concentration of the intake air. As a material used for the oxygen-enriched membrane 461, a known material such as a silicon membrane or a hollow fiber membrane is used. Further, the ozone generator 462 excites a part of oxygen in the intake air flowing through the main supply pipe 41 in accordance with a control signal from the ECU 9 to generate ozone.

次に酸化ガス供給装置4を用いて酸化ガスを混合器2へ供給する具体的な制御手順について説明する。上述のように酸化ガス供給装置4は、過給機E3の下流側から取得する経路と、過給機E3の上流側から取得する経路との2つの吸気導入経路を備える。ECU9は、エンジンEの運転状態に応じて導入経路切替弁43を制御し、適切な経路を選択しながら吸気を酸化ガスとして混合器2に供給する。   Next, a specific control procedure for supplying the oxidizing gas to the mixer 2 using the oxidizing gas supply device 4 will be described. As described above, the oxidizing gas supply device 4 includes two intake introduction paths, a path acquired from the downstream side of the supercharger E3 and a path acquired from the upstream side of the supercharger E3. The ECU 9 controls the introduction path switching valve 43 according to the operating state of the engine E, and supplies the intake air as the oxidizing gas to the mixer 2 while selecting an appropriate path.

より具体的には、例えばエンジンEの運転状態が過給機E3で吸気を圧縮する過給領域内である場合には、ECU9は、導入経路切替弁43を過給機E3の下流側に設定する。これにより、過給機E3によって圧縮された吸気の一部がメイン供給管41を介して混合器2に供給される。またECU9は、酸化ガスがメイン供給管41を流れて混合器2に供給されている間は、オゾン発生装置462を駆動し、酸化ガス中にオゾンを発生させる。これにより、エンジンEの運転状態が過給領域内である場合には、サブ空気ポンプ45をあえて駆動するまでもなく吸気の一部を混合器2に供給できる。   More specifically, for example, when the operating state of the engine E is in a supercharging region where intake air is compressed by the supercharger E3, the ECU 9 sets the introduction path switching valve 43 on the downstream side of the supercharger E3. To do. Accordingly, a part of the intake air compressed by the supercharger E3 is supplied to the mixer 2 via the main supply pipe 41. Further, the ECU 9 drives the ozone generator 462 to generate ozone in the oxidizing gas while the oxidizing gas flows through the main supply pipe 41 and is supplied to the mixer 2. Thereby, when the operating state of the engine E is within the supercharging region, a part of the intake air can be supplied to the mixer 2 without the sub air pump 45 being driven.

またエンジンEの運転状態が過給機E3で吸気を圧縮しない非過給領域内である場合には、ECU9は、導入経路切替弁43を過給機E3の上流側に設定するとともに、サブ空気ポンプ45をオンにする。これにより、過給機E3の上流側の吸気の一部がサブ供給管42及びメイン供給管41を介して混合器2に供給される。またECU9は、上述のように酸化ガスがメイン供給管41を流れて混合器2に供給されている間は、オゾン発生装置462を駆動し、酸化ガス中にオゾンを発生させる。これにより、エンジンEの運転状態が非過給領域内である場合であっても、サブ空気ポンプ45によって流量が調整された酸化ガスを混合器2に供給できる。   When the operating state of the engine E is in the non-supercharging region where the intake air is not compressed by the supercharger E3, the ECU 9 sets the introduction path switching valve 43 on the upstream side of the supercharger E3 and the sub air Turn pump 45 on. Thereby, a part of the intake air on the upstream side of the supercharger E3 is supplied to the mixer 2 via the sub supply pipe 42 and the main supply pipe 41. Further, the ECU 9 drives the ozone generator 462 to generate ozone in the oxidizing gas while the oxidizing gas flows through the main supply pipe 41 and is supplied to the mixer 2 as described above. Thereby, even if the operating state of the engine E is in the non-supercharging region, the oxidizing gas whose flow rate is adjusted by the sub air pump 45 can be supplied to the mixer 2.

以上のように酸化ガス供給装置4によって供給される酸化ガスは、吸気又は外気を利用するものであるため、改質反応器3を一度も経ていない。従って以下では、気相還流装置8によって供給される酸化ガスと区別するため、酸化ガス供給装置4によって供給される酸化ガスを新規酸化ガスともいう。   As described above, the oxidizing gas supplied by the oxidizing gas supply device 4 uses intake air or outside air, and therefore has not passed through the reforming reactor 3 even once. Therefore, hereinafter, the oxidant gas supplied by the oxidant gas supply device 4 is also referred to as a new oxidant gas in order to distinguish it from the oxidant gas supplied by the gas-phase reflux device 8.

未改質燃料供給装置5は、給油燃料タンク51と、燃料供給管52と、フィードポンプ53と、燃料供給弁54と、高圧燃料ポンプ55と、直接インジェクタ56と、を備え、これらを用いることによって改質反応器3を未だ経ていない未改質燃料を混合器2やエンジンEに供給する。   The unreformed fuel supply device 5 includes a fuel supply fuel tank 51, a fuel supply pipe 52, a feed pump 53, a fuel supply valve 54, a high-pressure fuel pump 55, and a direct injector 56, and these are used. Thus, unreformed fuel that has not yet passed through the reforming reactor 3 is supplied to the mixer 2 and the engine E.

給油燃料タンク51は、炭化水素を主体とした未改質燃料(例えば、ガソリン)を貯蔵する。車外から給油される未改質燃料は、始めにこの給油燃料タンク51に供給される。燃料供給管52は、給油燃料タンク51と混合器2及びエンジンEに設けられた直接インジェクタ56とを接続する配管である。未改質燃料は、この燃料供給管52を流れ、混合器2の内部や直接インジェクタ56へ供給される。   The fuel supply fuel tank 51 stores unreformed fuel (for example, gasoline) mainly composed of hydrocarbons. The unreformed fuel supplied from outside the vehicle is first supplied to the fuel supply fuel tank 51. The fuel supply pipe 52 is a pipe that connects the fuel supply fuel tank 51 and the direct injector 56 provided in the mixer 2 and the engine E. Unreformed fuel flows through the fuel supply pipe 52 and is supplied to the inside of the mixer 2 or directly to the injector 56.

フィードポンプ53は、ECU9からの制御信号に応じて給油燃料タンク51内に貯蔵された未改質燃料を燃料供給管52内へ圧送する。燃料供給弁54は、燃料供給管52のうち混合器2側に設けられ、ECU9からの制御信号に応じて開閉する。これにより、燃料供給弁54からは、開閉期間に応じた量の未改質燃料が混合器2内に供給される。ECU9は、改質反応器3で燃料を改質する際には、改質反応器3内における酸素と、未改質燃料や後述の反応済みの改質燃料とを合わせた燃料との比が所定の目標範囲内で維持されるようにフィードポンプ53及び燃料供給弁54を駆動し、混合器2へ供給される未改質燃料の流量を制御する。   The feed pump 53 pressure-feeds unreformed fuel stored in the fuel supply fuel tank 51 into the fuel supply pipe 52 in response to a control signal from the ECU 9. The fuel supply valve 54 is provided on the mixer 2 side of the fuel supply pipe 52 and opens and closes in response to a control signal from the ECU 9. As a result, an amount of unreformed fuel corresponding to the open / close period is supplied from the fuel supply valve 54 into the mixer 2. When the ECU 9 reforms the fuel in the reforming reactor 3, the ratio of the oxygen in the reforming reactor 3 to the fuel that is a combination of unreformed fuel and a reformed reformed fuel that will be described later is determined. The feed pump 53 and the fuel supply valve 54 are driven so as to be maintained within a predetermined target range, and the flow rate of unreformed fuel supplied to the mixer 2 is controlled.

高圧燃料ポンプ55は、エンジンEのクランクシャフトの回転を利用することによって、燃料供給弁54を介して供給された低圧の未改質燃料をさらに高圧に圧縮し、直接インジェクタ56に供給する。直接インジェクタ56は、ECU9からの制御信号に応じて開閉し、高圧燃料ポンプ55から供給された高圧燃料をエンジンEの気筒内に直接噴射する。なお、このエンジンEにおける燃料噴射制御の具体的な手順については説明を省略する。   The high-pressure fuel pump 55 uses the rotation of the crankshaft of the engine E to compress the low-pressure unreformed fuel supplied through the fuel supply valve 54 to a higher pressure and supply the compressed fuel directly to the injector 56. The direct injector 56 opens and closes in response to a control signal from the ECU 9 and directly injects the high-pressure fuel supplied from the high-pressure fuel pump 55 into the cylinder of the engine E. Note that a description of a specific procedure of fuel injection control in the engine E is omitted.

また給油燃料タンク51には、タンク51内で発生した燃料蒸気を処理する未改質燃料蒸気処理装置57が設けられている。未改質燃料蒸気処理装置57は、給油燃料タンク51と吸気通路E1のエアクリーナボックスE2のうち上記サブ供給管42の接続部より下流側とを接続する蒸気通路571と、この蒸気通路571に設けられたキャニスタ572と、を備える。給油燃料タンク51内に貯蔵された未改質燃料から発生した燃料蒸気は、一旦キャニスタ572に吸着される。キャニスタ572に吸着された燃料蒸気は、吸気通路E1で負圧が発生するタイミングでパージされ、蒸気通路571を介して吸気通路E1に供給される。   The refueling fuel tank 51 is provided with an unreformed fuel vapor processing device 57 that processes fuel vapor generated in the tank 51. The unreformed fuel vapor processing device 57 is provided in the vapor passage 571 for connecting the fuel supply fuel tank 51 and the air cleaner box E2 of the intake passage E1 to the downstream side of the connection portion of the sub supply pipe 42. A canister 572. The fuel vapor generated from the unreformed fuel stored in the fuel supply fuel tank 51 is once adsorbed by the canister 572. The fuel vapor adsorbed by the canister 572 is purged at a timing when a negative pressure is generated in the intake passage E1, and is supplied to the intake passage E1 through the steam passage 571.

主触媒供給装置6は、主触媒タンク61と、触媒供給管62と、触媒計量ポンプ64と、を備え、これらを用いることによって改質反応器3における改質反応を促進する改質触媒を構成する主触媒を、混合器2へ供給する。主触媒タンク61は、車外から供給される液体の主触媒を貯蔵する。なお、この主触媒の具体的な構成については、後述の助触媒の構成とともに後に詳細に説明する。触媒供給管62は、主触媒タンク61と混合器2とを接続する配管である。主触媒は、この触媒供給管62を流れ、混合器2の内部へ供給される。触媒計量ポンプ64は、ECU9からの制御信号に応じて主触媒タンク61内に貯蔵されている主触媒を計量し所定の供給圧で混合器2に供給する。ECU9は、改質反応器3に未改質燃料や酸化ガス等を供給し燃料を改質する際には、触媒計量ポンプ64を駆動することによって、混合器2に供給される燃料の流量に応じた流量で主触媒を供給する。   The main catalyst supply device 6 includes a main catalyst tank 61, a catalyst supply pipe 62, and a catalyst metering pump 64, and constitutes a reforming catalyst that promotes a reforming reaction in the reforming reactor 3 by using these. The main catalyst is fed to the mixer 2. The main catalyst tank 61 stores a liquid main catalyst supplied from outside the vehicle. The specific structure of the main catalyst will be described later in detail together with the structure of the promoter described later. The catalyst supply pipe 62 is a pipe that connects the main catalyst tank 61 and the mixer 2. The main catalyst flows through the catalyst supply pipe 62 and is supplied into the mixer 2. The catalyst metering pump 64 measures the main catalyst stored in the main catalyst tank 61 in accordance with a control signal from the ECU 9 and supplies it to the mixer 2 with a predetermined supply pressure. The ECU 9 drives the catalyst metering pump 64 to adjust the flow rate of the fuel supplied to the mixer 2 when reforming the fuel by supplying unreformed fuel, oxidizing gas, or the like to the reforming reactor 3. The main catalyst is supplied at a corresponding flow rate.

混合器2は、酸化ガス導入部21と未改質燃料導入部22と触媒導入部23と改質燃料導入部24とが設けられた混合容器25と、この混合容器25の内部に充填された粒子状物質又は多孔質物質(図示せず)と、混合容器25内に導入された流体を加熱するヒータ(図示せず)と、を備える。酸化ガス導入部21には、酸化ガス供給装置のメイン供給管41が接続されている。酸化ガス供給装置4又は後述の気相還流装置8によって流量が調整された含酸素の酸化ガスは、酸化ガス導入部21を介して混合容器25内に供給される。未改質燃料導入部22には未改質燃料供給装置5の燃料供給管52が接続されている。未改質燃料供給装置5によって流量が調整された未改質燃料は、未改質燃料導入部22を介して混合容器25内に供給される。触媒導入部23には主触媒供給装置6の触媒供給管62が接続されている。主触媒供給装置6によって流量が調整された主触媒は、触媒導入部23を介して混合容器25内に供給される。改質燃料導入部24には、改質燃料循環装置7の後述の改質燃料供給管75が接続されている。改質燃料循環装置7によって流量が調整された改質燃料は、改質燃料導入部24を介して混合容器25内に供給される。   The mixer 2 is filled with a mixing container 25 provided with an oxidizing gas introduction part 21, an unreformed fuel introduction part 22, a catalyst introduction part 23, and a reformed fuel introduction part 24, and the inside of the mixing container 25. A particulate substance or a porous substance (not shown) and a heater (not shown) for heating the fluid introduced into the mixing container 25 are provided. A main supply pipe 41 of an oxidant gas supply device is connected to the oxidant gas introduction part 21. The oxygen-containing oxidizing gas whose flow rate has been adjusted by the oxidizing gas supply device 4 or the gas-phase reflux device 8 described later is supplied into the mixing container 25 via the oxidizing gas introduction unit 21. A fuel supply pipe 52 of the unreformed fuel supply device 5 is connected to the unreformed fuel introduction unit 22. The unreformed fuel whose flow rate is adjusted by the unreformed fuel supply device 5 is supplied into the mixing container 25 through the unreformed fuel introduction unit 22. A catalyst supply pipe 62 of the main catalyst supply device 6 is connected to the catalyst introduction part 23. The main catalyst whose flow rate is adjusted by the main catalyst supply device 6 is supplied into the mixing container 25 via the catalyst introduction part 23. A reformed fuel supply pipe 75 (described later) of the reformed fuel circulation device 7 is connected to the reformed fuel introduction unit 24. The reformed fuel whose flow rate has been adjusted by the reformed fuel circulation device 7 is supplied into the mixing container 25 via the reformed fuel introduction unit 24.

また混合器2における粒子状物質としては、例えば、石英石、二酸化ケイ素、ゼオライト等が用いられる。また多孔質物質としては、例えば、ステンレスの焼結体であるポーラスステンレスや、その他のポーラス金属等が用いられる。各導入部21〜24から導入された流体が混合容器25の内部で均一に混合され、さらにこのようにして生成された混合気が改質反応器3の複数の混合気の入口へ均等の圧力で供給されるように、これら粒子状物質や多孔質物質は混合容器25内にむらなく充填されている。   As the particulate matter in the mixer 2, for example, quartz stone, silicon dioxide, zeolite or the like is used. As the porous material, for example, porous stainless steel that is a sintered body of stainless steel, other porous metals, or the like is used. The fluid introduced from each of the introduction portions 21 to 24 is uniformly mixed inside the mixing container 25, and the air-fuel mixture thus generated is evenly pressurized to the inlets of the plurality of air-fuel mixtures of the reforming reactor 3. These particulate substances and porous substances are evenly filled in the mixing container 25 so as to be supplied at the same time.

各導入部21〜24を介して混合容器25内に導入される空気や未改質燃料等の流体は、ヒータによって改質反応器3における改質反応に適した温度まで昇温されるとともに、混合容器25の内部に設けられた粒子状物質又は多孔質物質によってその流れが分散、変転、転換(回転)され、均一な混合気が生成される。混合容器25の内部で生成された混合気は、混合器2に接続された改質反応器3の複数の混合気の入口へ押し出される。   While the fluid such as air and unreformed fuel introduced into the mixing container 25 through the introduction parts 21 to 24 is heated to a temperature suitable for the reforming reaction in the reforming reactor 3 by the heater, The flow is dispersed, transformed, and converted (rotated) by the particulate material or the porous material provided in the mixing container 25, and a uniform air-fuel mixture is generated. The air-fuel mixture generated inside the mixing vessel 25 is pushed out to the inlets of the plurality of air-fuel mixtures of the reforming reactor 3 connected to the mixer 2.

改質反応器3は、混合器2によって生成された混合気の流路となる複数の反応管(図示せず)と、これら複数の反応管を収容する筒状の胴体32とを備え、胴体32の内部のうち反応管の周囲に冷媒が流れる冷媒流路が形成された多管式熱交換器である。   The reforming reactor 3 includes a plurality of reaction tubes (not shown) that serve as a flow path for the air-fuel mixture generated by the mixer 2, and a cylindrical body 32 that accommodates the plurality of reaction tubes. 32 is a multi-tube heat exchanger in which a refrigerant flow path through which a refrigerant flows around the reaction tube is formed.

各反応管の入口は上述の混合器2の内部と連通している。また各反応管の内部には、改質反応を促進するための改質触媒を構成する助触媒が担持された粒子状物質又は多孔質物質が充填されている。混合器2によって各反応管の入口へ均等の圧力で押し上げられた混合気は、各反応管の内部を流れ、その出口から排出される。混合器2において空気、主触媒、未改質燃料、及び改質燃料を所定の割合で混合して形成された混合気は、各反応管31の内部を流れる過程で、改質触媒の作用下で酸素を用いた改質反応が進行し、改質燃料として気液混合の状態で出口から排出される。なお、混合器2から供給される混合気が水平方向に沿って流れるように、各反応管31は水平方向に平行に設けてもよいし、混合器2から供給される混合気がその自重に逆らって鉛直方向に沿って下方から上方へ流れるように、各反応管の出口を入口より高くしかつ鉛直方向に対して平行に設けてもよい。   The inlet of each reaction tube communicates with the inside of the mixer 2 described above. Each reaction tube is filled with a particulate material or a porous material carrying a promoter that constitutes a reforming catalyst for promoting the reforming reaction. The air-fuel mixture pushed up to the inlet of each reaction tube by the mixer 2 at an equal pressure flows through each reaction tube and is discharged from the outlet. The air-fuel mixture formed by mixing the air, the main catalyst, the unreformed fuel, and the reformed fuel at a predetermined ratio in the mixer 2 flows under the action of the reforming catalyst in the process of flowing inside each reaction tube 31. Then, the reforming reaction using oxygen proceeds and is discharged from the outlet as a reformed fuel in a gas-liquid mixed state. In addition, each reaction tube 31 may be provided in parallel with the horizontal direction so that the air-fuel mixture supplied from the mixer 2 flows along the horizontal direction, or the air-fuel mixture supplied from the mixer 2 has its own weight. The outlet of each reaction tube may be made higher than the inlet and parallel to the vertical direction so that it flows from the lower side to the upper side along the vertical direction.

胴体32のうち反応管の出口側には、外部から供給される冷媒を受け入れる冷媒導入部33が設けられ、胴体32のうち反応管の入口側には、胴体32の内部から冷媒を排出する冷媒排出部34が設けられている。冷媒導入部33及び冷媒排出部34は、エンジンを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環回路(図示せず)に接続されている。これにより胴体32の内部には、エンジンを熱源とし、ラジエタによって温度調整された冷却水が流れる。   A refrigerant introduction part 33 for receiving a refrigerant supplied from the outside is provided on the outlet side of the reaction tube in the body 32, and a refrigerant for discharging the refrigerant from the inside of the body 32 on the inlet side of the reaction tube in the body 32. A discharge part 34 is provided. The refrigerant introduction part 33 and the refrigerant discharge part 34 are connected to a cooling water circulation circuit (not shown) through which cooling water for cooling the engine circulates. As a result, cooling water whose temperature is adjusted by the radiator flows using the engine as a heat source in the body 32.

改質反応器3に供給する冷却水の温度は、例えば70〜110℃の範囲内であることが好ましい。冷却水の温度が70℃未満になると、各反応管内における改質反応速度を上昇させる効果が低下する。また、冷却水の温度が高くなるほど改質反応速度を上昇させる効果も上昇するが、冷却水の温度が110℃を超えるとエンジンの冷却水の使用が難しくなる。そこでECU9は、改質反応器3を用いて燃料を改質する時期であって、冷却水の温度が上記温度範囲内にある場合には、冷却水循環回路の冷却水ポンプを駆動し、改質反応器3に冷却水を循環させ、冷却水の温度が上記温度範囲外にある場合には、冷却水ポンプを停止し、冷却水の循環を停止する。これにより、反応管内における改質反応が進行して反応管内の温度が既に高温に達しているときには、冷却水は反応管を冷却するように作用し、改質反応の初期で反応管内の温度が低温の場合には、冷却水は反応管を暖めるように作用する。これにより、各反応管内の混合気の改質反応速度が向上する。   The temperature of the cooling water supplied to the reforming reactor 3 is preferably in the range of 70 to 110 ° C., for example. When the temperature of the cooling water is less than 70 ° C., the effect of increasing the reforming reaction rate in each reaction tube is reduced. Moreover, the effect of increasing the reforming reaction rate increases as the temperature of the cooling water increases. However, when the temperature of the cooling water exceeds 110 ° C., it becomes difficult to use the engine cooling water. Therefore, when it is time to reform the fuel using the reforming reactor 3 and the temperature of the cooling water is within the above temperature range, the ECU 9 drives the cooling water pump of the cooling water circulation circuit to reform the fuel. When the cooling water is circulated in the reactor 3 and the temperature of the cooling water is outside the above temperature range, the cooling water pump is stopped and the circulation of the cooling water is stopped. As a result, when the reforming reaction in the reaction tube proceeds and the temperature in the reaction tube has already reached a high temperature, the cooling water acts to cool the reaction tube, and the temperature in the reaction tube is reduced at the initial stage of the reforming reaction. When the temperature is low, the cooling water acts to warm the reaction tube. Thereby, the reforming reaction rate of the air-fuel mixture in each reaction tube is improved.

次に、主触媒及び助触媒の具体的な構成について説明する。上述の主触媒供給装置6によって混合器2を介して各反応管に供給される主触媒には、ガソリン中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させるように作用するものが用いられる。具体的には、主触媒としては、N−ヒドロキシイミド基を有するN−ヒドロキシイミド基含有化合物が用いられる。中でも、N−ヒドロキシフタルイミド(以下、「NHPI」という)やNHPI誘導体は上記作用が顕著であるため、好ましく用いられる。   Next, specific configurations of the main catalyst and the cocatalyst will be described. As the main catalyst supplied to each reaction tube via the mixer 2 by the main catalyst supply device 6 described above, one that acts to extract hydrogen atoms from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals is used. . Specifically, an N-hydroxyimide group-containing compound having an N-hydroxyimide group is used as the main catalyst. Among these, N-hydroxyphthalimide (hereinafter referred to as “NHPI”) and NHPI derivatives are preferably used since the above-described effects are remarkable.

また反応管31の内部に担持されている助触媒には、アルキルラジカルから生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させるとともに、このアルコールを上記アルキルラジカルと反応させてケトンを生成させる能力を有するものが用いられる。具体的には、助触媒としては、遷移金属化合物が用いられる。中でも、コバルト化合物、マンガン化合物及び銅化合物からなる群より選ばれる化合物が好ましく用いられる。コバルト化合物としては酢酸コバルト(II)等が用いられ、マンガン化合物としては酢酸マンガン(II)等が用いられ、銅化合物としては塩化銅(I)等が用いられる。   The co-catalyst supported inside the reaction tube 31 has an ability to reduce an alkyl hydroperoxide generated from an alkyl radical to generate an alcohol, and to react this alcohol with the alkyl radical to generate a ketone. What you have is used. Specifically, a transition metal compound is used as the promoter. Among these, a compound selected from the group consisting of a cobalt compound, a manganese compound, and a copper compound is preferably used. Cobalt acetate (II) or the like is used as the cobalt compound, manganese (II) acetate or the like is used as the manganese compound, and copper (I) chloride or the like is used as the copper compound.

改質反応器の各反応管内では、以上のような主触媒及び助触媒から成る改質触媒の作用下で、以下のような改質反応が進行する。先ず、本実施形態の改質反応は、下記の反応式(1)に示すように、ガソリン中の炭化水素から水素原子が引き抜かれてアルキルラジカルが生成する水素引き抜き反応により開始される。この水素引き抜き反応は、主触媒、ラジカル及び酸素分子等の作用により進行する。
[化1]
RH → R・ …反応式(1)
[反応式(1)中、RHは炭化水素を表し、R・はアルキルラジカルを表す。]
In each reaction tube of the reforming reactor, the following reforming reaction proceeds under the action of the reforming catalyst comprising the main catalyst and the cocatalyst as described above. First, as shown in the following reaction formula (1), the reforming reaction of the present embodiment is initiated by a hydrogen abstraction reaction in which hydrogen atoms are extracted from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals. This hydrogen abstraction reaction proceeds by the action of the main catalyst, radicals, oxygen molecules and the like.
[Chemical 1]
RH-> R ... Reaction formula (1)
[In Reaction Formula (1), RH represents a hydrocarbon, and R. represents an alkyl radical. ]

次いで、水素引き抜き反応により生成したアルキルラジカルは、下記の反応式(2)に示すように、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカルを生成する。
[化2]
R・ + O → ROO・ …反応式(2)
[反応式(2)中、Oは酸素分子を表し、ROO・はアルキルペルオキシラジカルを表す。]
Next, as shown in the following reaction formula (2), the alkyl radical generated by the hydrogen abstraction reaction is combined with oxygen molecules to generate an alkyl peroxy radical.
[Chemical formula 2]
R · + O 2 → ROO · ... Reaction formula (2)
[In Reaction Formula (2), O 2 represents an oxygen molecule, and ROO · represents an alkyl peroxy radical. ]

次いで、反応式(2)により生成したアルキルペルオキシラジカルは、下記の反応式(3)に示すように、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルキルヒドロペルオキシドを生成する。
[化3]
ROO・ +RH → ROOH + R・ …反応式(3)
[反応式(3)中、ROOHはアルキルヒドロペルオキシドを表す。]
Next, as shown in the following reaction formula (3), the alkyl peroxy radical generated by the reaction formula (2) pulls out hydrogen atoms from hydrocarbons contained in gasoline to generate an alkyl hydroperoxide.
[Chemical formula 3]
ROO · + RH → ROOH + R · ... Reaction formula (3)
[In reaction formula (3), ROOH represents alkyl hydroperoxide. ]

次いで、反応式(3)により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式(4)に示すように、助触媒の作用によりアルコールに還元される。
[化4]
ROOH → ROH …反応式(4)
[反応式(4)中、ROHはアルコールを表す。]
Next, as shown in the following reaction formula (4), the alkyl hydroperoxide produced by the reaction formula (3) is reduced to an alcohol by the action of a promoter.
[Chemical formula 4]
ROOH → ROH ... Reaction formula (4)
[In the reaction formula (4), ROH represents an alcohol. ]

また反応式(3)により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式(5)に示すように、助触媒又は熱の作用によりアルコキシラジカルとヒドロキシラジカルとに分解する。
[化5]
ROOH → RO・ + ・OH …反応式(5)
[反応式(5)中、RO/はアルコキシラジカルを表し、・OHはヒドロキシラジカルを表す。]
Moreover, the alkyl hydroperoxide produced | generated by Reaction formula (3) decomposes | disassembles into an alkoxy radical and a hydroxy radical by the effect | action of a promoter or a heat | fever as shown in following Reaction formula (5).
[Chemical formula 5]
ROOH → RO ・ + ・ OH ... Reaction formula (5)
[In reaction formula (5), RO / represents an alkoxy radical, and · OH represents a hydroxy radical. ]

次いで、反応式(5)により生成したアルコキシラジカルは、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルコールを生成する。
[化6]
RO・ + RH → ROH + R・ …反応式(6)
Subsequently, the alkoxy radical produced | generated by Reaction formula (5) draws out a hydrogen atom from the hydrocarbon contained in gasoline, and produces | generates alcohol.
[Chemical 6]
RO · + RH → ROH + R · ... Reaction formula (6)

以上のようにして、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素が酸化改質され、アルコールに変換される。より詳しくは、ガソリン中に含まれる炭化水素は炭素数が4〜10の炭化水素であるため、これら炭化水素が、炭素数4〜10のアルコールに変換される。なお、上述のようにして生成したアルコールROHのうち、その大部分は第2級アルコールR−CHOH−R’である。   As described above, hydrocarbons mainly contained in gasoline are oxidized and reformed and converted to alcohol. More specifically, since hydrocarbons contained in gasoline are hydrocarbons having 4 to 10 carbon atoms, these hydrocarbons are converted into alcohols having 4 to 10 carbon atoms. Of the alcohol ROH produced as described above, the majority is secondary alcohol R—CHOH—R ′.

次いで、上述のようにして生成した第2級アルコールR−CHOH−R’は、下記の反応式(7)に示すように、例えばアルキルペルオキシラジカルROO・のようなアルキルラジカルと反応して、ヒドロキシアルキルラジカルR−C・OH−R’を生成する。
[化7]
R−CHOH−R’ + ROO・ → R−C・OH−R’ + ROOH
…反応式(7)
[反応式(7)中、R−CHOH−R’は第2級アルコールを表し、R−C・OH−R’はヒドロキシアルキルラジカルを表す。]
Next, the secondary alcohol R—CHOH—R ′ produced as described above reacts with an alkyl radical such as an alkyl peroxy radical ROO. The alkyl radical R—C.OH—R ′ is generated.
[Chemical 7]
R-CHOH-R '+ ROO · → RC · OH-R' + ROOH
... Reaction formula (7)
[In Reaction Formula (7), R—CHOH—R ′ represents a secondary alcohol, and R—C · OH—R ′ represents a hydroxyalkyl radical. ]

次いで、ヒドロキシアルキルラジカルR−C・OH−R’は、さらに下記の反応式(8)に示すように、例えばアルキルペルオキシラジカルROO・のようなアルキルラジカルと反応して、ケトンR−C=O−R’を生成する。
[化8]
R−C・OH−R’ + ROO・ → R−C=O−R’ +ROOH
…反応式(8)
[反応式(8)中、R−C=O−R’はケトンを表す。]
Next, the hydroxyalkyl radical R—C.OH—R ′ is further reacted with an alkyl radical such as an alkyl peroxy radical ROO. -R 'is generated.
[Chemical 8]
RC-OH-R '+ ROO- → RC = O-R' + ROOH
... Reaction formula (8)
[In Reaction Formula (8), R—C═O—R ′ represents a ketone. ]

以上のようにして、本実施形態の燃料改質システム1では、外部から給油されたガソリンを、ケトンを含む高オクタン価燃料に改質することができ、燃料のオクタン価を向上できる。   As described above, in the fuel reforming system 1 of the present embodiment, gasoline supplied from the outside can be reformed into a high octane fuel containing ketone, and the octane number of the fuel can be improved.

改質燃料循環装置7は、改質燃料タンク71と、改質燃料回収管72と、気液分離器73と、凝縮器74と、改質燃料供給管75と、循環ポンプ76と、第1蒸気処理装置77と、第2蒸気処理装置78と、を備え、これらを用いることによって改質反応器3を含む循環経路内で改質燃料を循環させる。   The reformed fuel circulation device 7 includes a reformed fuel tank 71, a reformed fuel recovery pipe 72, a gas-liquid separator 73, a condenser 74, a reformed fuel supply pipe 75, a circulation pump 76, a first A steam processing device 77 and a second steam processing device 78 are provided, and by using these, the reformed fuel is circulated in a circulation path including the reforming reactor 3.

気液分離器73は、改質反応器3の各反応管の出口に接続され、この出口から気液混合状態で排出される改質燃料を気相と凝縮相とに分離してそれぞれ別々の配管へ排出する。より具体的には、気液分離器73は、気相の改質燃料については気相排出部731を介して後述の気相還流装置8に供給し、凝縮相の改質燃料については凝縮相排出部732から改質燃料回収管72に排出する。なお、後述の気相還流装置8において気相の改質燃料を循環させることができない状態であり、行き場がない場合には、気相の改質燃料は、凝縮相排出部732を介して改質燃料回収管72に排出される。   The gas-liquid separator 73 is connected to the outlet of each reaction tube of the reforming reactor 3, and the reformed fuel discharged from the outlet in a gas-liquid mixed state is separated into a gas phase and a condensed phase, and is separated from each other. Discharge to piping. More specifically, the gas-liquid separator 73 supplies the gas-phase reformed fuel to the gas-phase reflux device 8 to be described later via the gas-phase discharge section 731, and the condensed-phase reformed fuel for the condensed-phase reformed fuel. The fuel is discharged from the discharge unit 732 to the reformed fuel recovery pipe 72. When the gas-phase reformed fuel cannot be circulated in the gas-phase recirculation device 8 to be described later and there is no destination, the gas-phase reformed fuel is modified via the condensed-phase discharge unit 732. It is discharged to the quality fuel recovery pipe 72.

改質燃料回収管72は、気液分離器73の凝縮相排出部732から延び改質燃料タンク71に至る配管である。改質反応器3の出口から排出され、上記気液分離器73を経てその凝縮相排出部732から排出される反応済みの改質燃料は、この改質燃料回収管72を介して改質燃料タンク71に供給される。   The reformed fuel recovery pipe 72 is a pipe extending from the condensed phase discharge part 732 of the gas-liquid separator 73 to the reformed fuel tank 71. The reformed fuel that has been reacted and is discharged from the outlet of the reforming reactor 3 and discharged from the condensed phase discharge section 732 via the gas-liquid separator 73 is passed through the reformed fuel recovery pipe 72. It is supplied to the tank 71.

凝縮器74は、改質燃料回収管72に設けられ、車両が走行することによって発生する走行風又は図示しない電動ファンを駆動することによって発生する冷却風を利用することにより、気液分離器73の凝縮相排出部732から排出される反応済みの改質燃料(上述のように、主に凝縮相)を凝縮する。この凝縮器74は、気液分離器の機能も備えており、凝縮器74で凝縮した改質燃料のうち、凝縮しきれなかった気相の改質燃料ついては気相排出部741から後述の第2蒸気処理装置78へ排出し、凝縮相の改質燃料については凝縮相排出部742から改質燃料タンク71に供給される。なお、後述の第2蒸気処理装置78において気相の改質燃料を処理できない状態であり、行き場がない場合には、気相の改質燃料は、改質燃料回収管72を介して改質燃料タンク71に排出される。ここで凝縮相の物質には、改質反応によって生成されたアルコールや他の副生成物等が含まれ、気相の物質には、窒素、酸素、及び改質反応によって生成された他の副生成物等が含まれる。   The condenser 74 is provided in the reformed fuel recovery pipe 72, and uses a traveling wind generated by the traveling of the vehicle or a cooling wind generated by driving an electric fan (not shown), so that the gas-liquid separator 73 is used. The reformed fuel that has been reacted (mainly the condensed phase as described above) discharged from the condensed phase discharge portion 732 is condensed. The condenser 74 also has a function of a gas-liquid separator. Among the reformed fuels condensed by the condenser 74, the reformed fuel in the gas phase that cannot be completely condensed is supplied from the gas phase discharge unit 741 as described below. The two-phase steam treatment device 78 is discharged, and the condensed phase reformed fuel is supplied from the condensed phase discharge section 742 to the reformed fuel tank 71. If the second steam treatment device 78 described later cannot process the gas-phase reformed fuel and there is no place to go, the gas-phase reformed fuel is reformed via the reformed fuel recovery pipe 72. It is discharged to the fuel tank 71. Here, the condensed phase material includes alcohol and other by-products generated by the reforming reaction, and the gas phase material includes nitrogen, oxygen, and other by-products generated by the reforming reaction. Products etc. are included.

改質燃料タンク71は、改質反応器3から排出され、上記のように気液分離器73及び凝縮器74を経た主に凝縮相の改質燃料を貯蔵する。この改質燃料タンク71には、エンジン用改質燃料供給装置79と、レベルセンサ711と、が設けられている。レベルセンサ711は、改質燃料タンク71内に貯蔵されている改質燃料の水位を検出し、検出値に応じた信号をECU9へ送信する。ECU9では、このレベルセンサ711からの検出信号を用いて改質燃料タンク71内の改質燃料の残量が把握される。   The reformed fuel tank 71 is discharged from the reforming reactor 3 and stores mainly the reformed fuel in the condensed phase that has passed through the gas-liquid separator 73 and the condenser 74 as described above. The reformed fuel tank 71 is provided with an engine reformed fuel supply device 79 and a level sensor 711. The level sensor 711 detects the water level of the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 71 and transmits a signal corresponding to the detected value to the ECU 9. In the ECU 9, the remaining amount of the reformed fuel in the reformed fuel tank 71 is grasped using the detection signal from the level sensor 711.

エンジン用改質燃料供給装置79は、エンジン用燃料ポンプ791と、エンジン用改質燃料供給管792と、ポートインジェクタ793と、を備える。エンジン用改質燃料供給管792は、改質燃料タンク71とポートインジェクタ793とを接続する配管である。エンジン用燃料ポンプ791は、ECU9からの制御信号に応じて、改質燃料タンク71内に貯蔵されている改質燃料を、エンジン用改質燃料供給管792を介してポートインジェクタ793へ圧送する。ポートインジェクタ793は、エンジンEの吸気ポートに設けられ、ECU9からの制御信号に応じて開閉する。これにより、ポートインジェクタ793からは、開閉期間に応じた量の改質燃料がエンジンEの吸気ポート内に供給される。なお、このエンジンEにおける燃料噴射制御の具体的な手順については説明を省略する。   The engine reformed fuel supply device 79 includes an engine fuel pump 791, an engine reformed fuel supply pipe 792, and a port injector 793. The engine reformed fuel supply pipe 792 is a pipe connecting the reformed fuel tank 71 and the port injector 793. The engine fuel pump 791 pressure-feeds the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 71 to the port injector 793 via the engine reformed fuel supply pipe 792 in response to a control signal from the ECU 9. The port injector 793 is provided at the intake port of the engine E, and opens and closes in response to a control signal from the ECU 9. As a result, the amount of reformed fuel corresponding to the open / close period is supplied from the port injector 793 into the intake port of the engine E. Note that a description of a specific procedure of fuel injection control in the engine E is omitted.

改質燃料供給管75は、改質燃料タンク71から混合器2の改質燃料導入部24に至る配管である。改質燃料タンク71に回収された反応済みの改質燃料は、この改質燃料供給管75を介して混合器2に供給される。改質燃料供給管75には、この改質燃料供給管75から分岐し再び改質燃料タンク71に至るリターン管751と、この分岐部に設けられた制御弁752と、が設けられている。制御弁752は、改質燃料の流路を、混合器2側(以下、「供給側」という)とリターン管751側(以下、「リターン側」という)とで切り替える三方弁である。制御弁752は、ECU9からの制御信号に応じて、改質燃料の供給経路を供給側とリターン側とで選択的に切り替える。循環ポンプ76は、改質燃料タンク71内に設けられ、ECU9からの制御信号に応じて改質燃料タンク71内に貯蔵された改質燃料を、改質燃料供給管75を介して混合器2へ圧送する。ECU9は、後述のように改質反応速度を向上させる効果のある反応済みの改質燃料を混合器2へ供給する場合には、制御弁752を供給側にセットするとともに循環ポンプ76を駆動することにより、改質燃料タンク71から混合器2に供給される改質燃料の流量を調整する。一方、ECU9は、混合器2へ反応済みの改質燃料を供給する必要がないと判断した場合には、制御弁752をリターン側にセットし、改質燃料の混合器2への供給を停止する。   The reformed fuel supply pipe 75 is a pipe from the reformed fuel tank 71 to the reformed fuel introduction part 24 of the mixer 2. The reacted reformed fuel recovered in the reformed fuel tank 71 is supplied to the mixer 2 through the reformed fuel supply pipe 75. The reformed fuel supply pipe 75 is provided with a return pipe 751 branched from the reformed fuel supply pipe 75 and reaching the reformed fuel tank 71 again, and a control valve 752 provided at the branch portion. The control valve 752 is a three-way valve that switches the flow path of the reformed fuel between the mixer 2 side (hereinafter referred to as “supply side”) and the return pipe 751 side (hereinafter referred to as “return side”). The control valve 752 selectively switches the reformed fuel supply path between the supply side and the return side in accordance with a control signal from the ECU 9. The circulation pump 76 is provided in the reformed fuel tank 71, and the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 71 in accordance with a control signal from the ECU 9 is supplied to the mixer 2 via the reformed fuel supply pipe 75. To pump. The ECU 9 sets the control valve 752 on the supply side and drives the circulation pump 76 when supplying the reacted reformed fuel having the effect of improving the reforming reaction rate as described later to the mixer 2. Thus, the flow rate of the reformed fuel supplied from the reformed fuel tank 71 to the mixer 2 is adjusted. On the other hand, when the ECU 9 determines that it is not necessary to supply the reformed fuel that has been reacted to the mixer 2, the control valve 752 is set to the return side and the supply of the reformed fuel to the mixer 2 is stopped. To do.

第1蒸気処理装置77は、第1蒸気通路771と、キャニスタ772と、を備え、これらを用いて改質燃料タンク71内で貯蔵された改質燃料から発生した燃料蒸気を処理する。第1蒸気通路771は、改質燃料タンク71と吸気通路E1のエアクリーナボックスE2のうち上記サブ供給管42の接続部より下流側とを接続する配管である。改質燃料タンク71に貯蔵された改質燃料から発生した燃料蒸気の多くは、第1蒸気通路771に設けられたキャニスタ772に一旦吸着される。キャニスタ772に吸着された燃料蒸気は、吸気通路E1で負圧が発生するタイミングでパージされ、第1蒸気通路771を介して吸気通路E1に供給される。   The first steam processing device 77 includes a first steam passage 771 and a canister 772, and uses these to process fuel vapor generated from the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 71. The first steam passage 771 is a pipe that connects the reformed fuel tank 71 and the downstream side of the connection portion of the sub supply pipe 42 in the air cleaner box E2 of the intake passage E1. Most of the fuel vapor generated from the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 71 is once adsorbed by a canister 772 provided in the first steam passage 771. The fuel vapor adsorbed by the canister 772 is purged at a timing when a negative pressure is generated in the intake passage E1, and is supplied to the intake passage E1 through the first steam passage 771.

次に、以上のような改質燃料循環装置7を用いて改質反応器を経た反応済みの改質燃料を再度改質反応器に供給することの効果を検証するために行った実験とその結果について説明する。この実験では、改質反応器3を用いて所定量の未改質燃料を所定時間かけて改質し、最終的に得られた改質燃料のオクタン価の上昇速度と相関のある酸化進行度[%]を測定した。特に本実験では、上記実施形態の燃料改質システム1のように改質反応器3に未改質燃料と改質燃料と空気と主触媒とを供給した場合、すなわち、未改質燃料に所定量の反応済みの改質燃料を混ぜて改質反応器3に供給した場合の酸化進行度と、従来の燃料改質システムのように改質反応器に未改質燃料と空気と主触媒とを供給した場合、すなわち改質燃料を混ぜずに未改質燃料を改質反応器3に供給した場合の酸化進行度とを取得し、これらを比較した。   Next, an experiment conducted to verify the effect of supplying the reformed fuel that has been reacted through the reforming reactor to the reforming reactor again using the reformed fuel circulation device 7 as described above and its The results will be described. In this experiment, the reforming reactor 3 was used to reform a predetermined amount of unreformed fuel over a predetermined time, and the oxidation progress degree correlated with the rate of increase in octane number of the finally obtained reformed fuel [ %] Was measured. In particular, in this experiment, when the unreformed fuel, the reformed fuel, the air, and the main catalyst are supplied to the reforming reactor 3 as in the fuel reforming system 1 of the above-described embodiment, The oxidation progress when a fixed amount of the reformed fuel that has been reacted is mixed and supplied to the reforming reactor 3, and unreformed fuel, air, main catalyst, and the like in the reforming reactor as in the conventional fuel reforming system. In other words, the degree of oxidation progress in the case of supplying unreformed fuel to the reforming reactor 3 without mixing the reformed fuel was obtained and compared.

図2は、未反応済みの改質燃料に未改質燃料を所定の割合(反応済みの改質燃料を1.0とした場合、未改質燃料は0.25の割合)で混ぜて改質した場合(図2の右側)、より具体的には目標オクタン価の改質燃料に未改質燃料を約17%の割合で混ぜた場合と、未改質燃料に反応済みの改質燃料を混ぜずに改質した場合(図2の左側)とで、最終的に得られた改質燃料の1時間当たりの酸化進行度を比較した図である。   FIG. 2 shows that the unreacted reformed fuel is mixed with the unreformed fuel at a predetermined ratio (the ratio of the unreformed fuel is 0.25 when the reacted reformed fuel is 1.0). More specifically, the reformed fuel with the target octane number is mixed with unreformed fuel at a ratio of about 17%, and the reformed fuel that has reacted to the unreformed fuel is mixed. It is the figure which compared the oxidation progress per one hour of the reformed fuel finally obtained when it reformed without mixing (left side of Drawing 2).

図2に示すように、未改質燃料に反応済みの改質燃料を混ぜて改質反応器に供給した場合、これらを混ぜずに未改質燃料のみを改質反応器に供給した場合と比較して1時間当たりの酸化進行度が上昇する。すなわち、酸素を用いた改質反応を利用して燃料を改質する場合、反応済みの改質燃料には改質反応器における改質反応速度を上昇させ、速やかにオクタン価を上昇させる効果がある。これは、反応済みの改質燃料には極性があり、このため反応速度が向上するものと考えられる。またこのような極性のある改質燃料を供給すると、混合気中の主触媒の溶解度が上昇し、これによって混合気の主触媒の濃度が高くなるので、このような理由によっても反応速度が向上すると考えられる。   As shown in FIG. 2, when the reformed fuel that has been reacted is mixed with the unreformed fuel and supplied to the reforming reactor, only the unreformed fuel is supplied to the reforming reactor without mixing them. In comparison, the oxidation progress per hour increases. That is, when reforming a fuel using a reforming reaction using oxygen, the reacted reformed fuel has the effect of increasing the reforming reaction rate in the reforming reactor and promptly increasing the octane number. . This is considered that the reformed fuel that has been reacted has polarity, and thus the reaction rate is improved. In addition, when such a reformed fuel is supplied, the solubility of the main catalyst in the air-fuel mixture increases, thereby increasing the concentration of the main catalyst in the air-fuel mixture. For this reason, the reaction rate is improved. It is thought that.

図1に戻って、第2蒸気処理装置78は、上流蒸気配管781と、下流蒸気配管782と、流路切替弁783と、を備え、凝縮器74によって凝縮しきれずに気相排出部741から排出された気相の改質燃料であって、主として改質反応器3で改質運転を連続的に行うことによって発生する燃料蒸気をエンジンEの吸気通路E1内に供給する。   Returning to FIG. 1, the second steam processing device 78 includes an upstream steam pipe 781, a downstream steam pipe 782, and a flow path switching valve 783, and is not completely condensed by the condenser 74 from the gas phase discharge unit 741. Fuel vapor that has been discharged and is generated by continuously performing reforming operation in the reforming reactor 3 is supplied into the intake passage E1 of the engine E.

上流蒸気配管781は、凝縮器74の気相排出部741と吸気通路E1のうち吸気スロットルバルブE4及び過給機E3の上流側とを接続する配管である。気相排出部741から過給機E3の上流側に至る燃料蒸気の上流流路は、この上流蒸気配管781によって構成される。下流蒸気配管782は、上流蒸気配管781から分岐し、吸気通路E1のうち吸気スロットルバルブE4の下流側に至る配管である。気相排出部741から吸気スロットルバルブE4の下流側に至る燃料蒸気の下流流路は、この上流蒸気配管781と下流蒸気配管782とを組み合わせて構成される。流路切替弁783は、上流蒸気配管781のうち下流蒸気配管782の分岐部に設けられた三方弁である。流路切替弁783は、ECU9からの制御信号に応じて、気相排出部741側から吸気通路E1側への燃料蒸気の流れを、遮断するか又は上述の上流流路及び下流流路の何れかで切り替える。   The upstream steam pipe 781 is a pipe that connects the gas phase discharge part 741 of the condenser 74 and the upstream side of the intake throttle valve E4 and the supercharger E3 in the intake passage E1. The upstream flow path of the fuel vapor from the gas phase discharge part 741 to the upstream side of the supercharger E3 is constituted by this upstream steam pipe 781. The downstream steam pipe 782 is a pipe branched from the upstream steam pipe 781 and reaching the downstream side of the intake throttle valve E4 in the intake passage E1. The downstream path of the fuel vapor from the gas phase discharge part 741 to the downstream side of the intake throttle valve E4 is configured by combining the upstream steam pipe 781 and the downstream steam pipe 782. The flow path switching valve 783 is a three-way valve provided at a branch portion of the downstream steam pipe 782 in the upstream steam pipe 781. The flow path switching valve 783 blocks the flow of the fuel vapor from the gas phase discharge part 741 side to the intake passage E1 side in accordance with a control signal from the ECU 9, or any of the above-described upstream flow path and downstream flow path. Switch with.

ここで、第2蒸気処理装置78によって燃料蒸気を処理する具体的な制御手順について説明する。改質反応器3に酸化ガスと燃料等を供給し、改質反応器3で連続的に改質運転を行っている間であって、後述の気相還流装置8によって十分な量の気相の改質燃料を混合器2へ還流できない場合には、凝縮器74の気相排出部741から、改質運転に伴って発生する燃料蒸気が排出される。したがって改質反応器3で連続的に改質運転を行うためには、この気相排出部741から排出される燃料蒸気を、第2蒸気処理装置78によって吸気通路E1内の適切な箇所へ供給する。   Here, a specific control procedure for processing the fuel vapor by the second steam processing device 78 will be described. While the oxidizing gas and fuel are supplied to the reforming reactor 3 and the reforming operation is continuously performed in the reforming reactor 3, a sufficient amount of gas phase is obtained by the gas-phase reflux device 8 described later. When the reformed fuel cannot be recirculated to the mixer 2, fuel vapor generated in the reforming operation is discharged from the gas phase discharge portion 741 of the condenser 74. Therefore, in order to perform the reforming operation continuously in the reforming reactor 3, the fuel vapor discharged from the gas phase discharge section 741 is supplied to an appropriate location in the intake passage E1 by the second steam processing device 78. To do.

ECU9は、改質反応器3で改質運転を行っており、このため凝縮器74の気相排出部741から燃料蒸気が排出される可能性がある間は、エンジンEの運転状態に応じて流路切替弁783を制御する。より具体的には、エンジンEが稼働しており、吸気通路E1内で負圧が発生している場合には、ECU9は、流路切替弁783を上流流路又は下流流路の何れかに設定する。これにより、気相排出部741から排出される燃料蒸気は、負圧を利用して吸気通路E1内に導入され、エンジンEにおける燃焼に供される。   The ECU 9 performs the reforming operation in the reforming reactor 3, and therefore, depending on the operating state of the engine E, the fuel vapor may be discharged from the gas phase discharge unit 741 of the condenser 74. The flow path switching valve 783 is controlled. More specifically, when the engine E is operating and negative pressure is generated in the intake passage E1, the ECU 9 sets the flow path switching valve 783 to either the upstream flow path or the downstream flow path. Set. As a result, the fuel vapor discharged from the gas phase discharge portion 741 is introduced into the intake passage E1 using negative pressure and is used for combustion in the engine E.

またエンジンEがアイドルストップによってエンジンEが停止している場合、吸気通路E1内では負圧は発生しない。したがってエンジンEが停止している時は、ECU9は、流路切替弁783を遮断側に設定する。これにより、気相排出部741から排出される燃料蒸気は、吸気通路E1内へ供給できず行き場を失うことになる。しかしながらこのような場合であっても、本実施形態の燃料改質システム1によれば、以下で説明する気相還流装置8を用いれば、行き場を失った燃料蒸気を再び混合器2に還流できるので、燃料蒸気を適切に処理しながら改質反応器3における改質運転を停止する必要がない。   Further, when the engine E is stopped due to idle stop, no negative pressure is generated in the intake passage E1. Therefore, when the engine E is stopped, the ECU 9 sets the flow path switching valve 783 to the cutoff side. As a result, the fuel vapor discharged from the gas phase discharge part 741 cannot be supplied into the intake passage E1, and the destination is lost. However, even in such a case, according to the fuel reforming system 1 of the present embodiment, the fuel vapor that has lost its destination can be recirculated to the mixer 2 again by using the vapor phase recirculation device 8 described below. Therefore, it is not necessary to stop the reforming operation in the reforming reactor 3 while appropriately processing the fuel vapor.

なお、例えば流路切替弁783を遮断側に設定している間であって、かつ後述の気相還流装置8によって燃料蒸気を還流できない場合には、この燃料蒸気は、凝縮器74の凝縮相排出部742を介して改質燃料タンク71に流れ込むことになる。しかしながら改質燃料タンク71内に流れ込んだ燃料蒸気は、上述の第1蒸気処理装置77によってキャニスタ772を介して適切なタイミングで吸気通路E1内に供給されるため、流路切替弁783を遮断側に設定しても、改質反応器3における改質運転を継続することができる。   For example, when the flow path switching valve 783 is set to the shut-off side and the fuel vapor cannot be recirculated by the vapor phase recirculation device 8 described later, the fuel vapor is condensed into the condensed phase of the condenser 74. It flows into the reformed fuel tank 71 via the discharge part 742. However, since the fuel vapor flowing into the reformed fuel tank 71 is supplied into the intake passage E1 at an appropriate timing via the canister 772 by the first steam processing device 77, the flow path switching valve 783 is shut off. Even when set to, the reforming operation in the reforming reactor 3 can be continued.

気相還流装置8は、気相還流管81と、気相還流ポンプ82と、酸化ガス切替弁83と、を備え、これらを用いることによって、気液分離器73の気相排出部731から排出された気相の改質燃料の少なくとも一部を混合器2へ供給する。ここで、改質反応器3に混合気を供給すると、改質反応器3からは気液混合状態の改質燃料が排出される。そしてこの改質燃料を気液分離器73で分離することによって得られる気相の改質燃料には、燃料蒸気だけでなく混合気が改質反応器3を通過する過程で改質反応に供されなかった未反応の酸素が少なからず含まれている。気相還流装置8は、この気液分離器73によって得られた含酸素の気相の改質燃料の少なくとも一部を、再び改質反応器3における改質反応に供すべく酸化ガスとして混合器2へ供給する。以下では、気相還流装置8によって混合器2に供給される酸化ガスを、酸化ガス供給装置4によって供給される新規酸化ガスと区別するため、還流酸化ガスともいう。   The gas-phase reflux apparatus 8 includes a gas-phase reflux pipe 81, a gas-phase reflux pump 82, and an oxidizing gas switching valve 83. By using these, the gas-phase reflux apparatus 8 discharges from the gas-phase discharge section 731 of the gas-liquid separator 73. At least a part of the reformed gas-phase reformed fuel is supplied to the mixer 2. Here, when an air-fuel mixture is supplied to the reforming reactor 3, the reformed fuel in a gas-liquid mixed state is discharged from the reforming reactor 3. The reformed fuel in the gas phase obtained by separating the reformed fuel with the gas-liquid separator 73 is used for the reforming reaction in the process of not only fuel vapor but also the mixture passing through the reforming reactor 3. It contains not a little unreacted oxygen. The gas-phase reflux apparatus 8 is a mixer that serves as an oxidizing gas so that at least a part of the oxygen-containing gas-phase reformed fuel obtained by the gas-liquid separator 73 is used for the reforming reaction in the reforming reactor 3 again. 2 is supplied. Hereinafter, the oxidizing gas supplied to the mixer 2 by the vapor phase reflux device 8 is also referred to as refluxing oxidizing gas in order to distinguish it from the new oxidizing gas supplied by the oxidizing gas supply device 4.

気相還流管81は、気相排出部731から延び、酸化ガス供給装置4のメイン供給管41のうち酸化ガス処理装置46と混合器2との間に接続された配管である。気相排出部731から排出された還流酸化ガスは、この気相還流管81を介して混合器2に供給される。気相還流ポンプ82は、気相還流管81に設けられ、ECU9からの制御信号に応じて気相排出部731から排出される気相の改質燃料を圧縮し、還流酸化ガスとして混合器2へ供給する。このように、改質反応器3で改質運転を継続しながら気相還流装置8を用いて還流酸化ガスを混合器2に供給することにより、凝縮器74の気相排出部741から排出され、第2蒸気処理装置78で処理すべき燃料蒸気の量を0にするか又は減らすことができる。   The gas-phase reflux pipe 81 is a pipe that extends from the gas-phase discharge part 731 and is connected between the oxidizing gas processing device 46 and the mixer 2 in the main supply pipe 41 of the oxidizing gas supply device 4. The reflux oxidizing gas discharged from the gas phase discharge section 731 is supplied to the mixer 2 through the gas phase reflux pipe 81. The gas-phase recirculation pump 82 is provided in the gas-phase recirculation pipe 81, compresses the gas-phase reformed fuel discharged from the gas-phase discharge unit 731 in accordance with a control signal from the ECU 9, and mixes it as the recirculated oxidizing gas. To supply. In this way, by supplying the reflux oxidizing gas to the mixer 2 using the gas phase reflux device 8 while continuing the reforming operation in the reforming reactor 3, the gas is discharged from the gas phase discharge portion 741 of the condenser 74. The amount of fuel vapor to be processed by the second steam processing device 78 can be reduced to zero or reduced.

酸化ガス切替弁83は、気相還流管81とメイン供給管41との接続部に設けられた三方弁であり、ECU9からの制御信号に応じて、混合器2に至る酸化ガスの流路の接続先を酸化ガス供給装置4と気相還流装置8とで選択的に切り替える。すなわち、酸化ガス切替弁83によって混合器2と酸化ガス供給装置4とを接続すると、酸化ガス供給装置4から混合器2へ新規酸化ガスの供給が可能となり、酸化ガス切替弁83によって混合器2と気相還流装置8とを接続すると、気相還流装置8から混合器2へ還流酸化ガスの供給が可能となる。   The oxidant gas switching valve 83 is a three-way valve provided at a connection portion between the gas-phase reflux pipe 81 and the main supply pipe 41, and the oxidant gas switching valve 83 is connected to the oxidant gas flow path to the mixer 2 in accordance with a control signal from the ECU 9. The connection destination is selectively switched between the oxidizing gas supply device 4 and the gas phase reflux device 8. That is, when the mixer 2 and the oxidizing gas supply device 4 are connected by the oxidizing gas switching valve 83, a new oxidizing gas can be supplied from the oxidizing gas supply device 4 to the mixer 2. And the gas-phase reflux apparatus 8 can be connected to the mixer 2 from the gas-phase reflux apparatus 8.

ECU9は、センサの検出信号をA/D変換するI/Oインターフェース、各種データや各種プログラムを記憶するRAMやROM、各種プログラムを実行するCPU、並びにこの処理の下で決定した態様で酸化ガス供給装置4、未改質燃料供給装置5、主触媒供給装置6、改質燃料循環装置7、及び気相還流装置8等を構成する各種デバイスを駆動する駆動回路等で構成されるマイクロコンピュータである。ここで、ECU9において実行されるプログラムとしては、酸化ガス供給装置4による新規酸化ガス供給量と未改質燃料供給装置5による未改質燃料供給量と主触媒供給装置6による主触媒供給量と改質燃料循環装置7による改質燃料供給量と気相還流装置8による還流酸化ガス供給量とを制御するプログラム(後述の図3のプログラム参照)や、混合器2によって混合気を生成するタイミングに合わせてそのヒータを駆動するプログラムや、改質反応器3で混合気を改質するタイミングに合わせてその冷却水ポンプを駆動するプログラム等、がある。   The ECU 9 includes an I / O interface for A / D converting sensor detection signals, a RAM and ROM for storing various data and various programs, a CPU for executing various programs, and an oxidizing gas supply in a manner determined under this process. The microcomputer is composed of a drive circuit for driving various devices constituting the device 4, the unreformed fuel supply device 5, the main catalyst supply device 6, the reformed fuel circulation device 7, the gas-phase recirculation device 8, and the like. . Here, the programs executed in the ECU 9 include a new oxidizing gas supply amount by the oxidizing gas supply device 4, an unreformed fuel supply amount by the unreformed fuel supply device 5, and a main catalyst supply amount by the main catalyst supply device 6. A program for controlling the reformed fuel supply amount by the reformed fuel circulation device 7 and the recirculated oxidizing gas supply amount by the gas phase recirculation device 8 (see the program of FIG. And a program for driving the cooling water pump in accordance with the timing of reforming the air-fuel mixture in the reforming reactor 3.

図3は、酸化ガス供給装置や気相還流装置等を用いて混合器に酸化ガスや燃料等を供給する手順を示すフローチャートである。図3の処理は、イグニッションスイッチがオンにされている間、ECUにおいて所定の周期毎に実行される。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for supplying oxidizing gas, fuel, and the like to the mixer using an oxidizing gas supply device, a gas phase reflux device, and the like. The process of FIG. 3 is executed at predetermined intervals in the ECU while the ignition switch is turned on.

始めにS1では、ECUは、燃料改質システムによる燃料改質が完了したか否かを判定する。ここで燃料改質が完了したか否かは、例えば、改質燃料タンク内に目標オクタン価より高くかつ目標残量より多い改質燃料が貯蔵されているか否かによって判断される。ここで改質燃料タンク内の改質燃料の残量は、レベルセンサの出力を用いて取得することができる。また改質燃料のオクタン価を推定する方法としては、エンジンに供給する燃料の未改質燃料と改質燃料の割合を変化させたときにノッキングの発生を検出したタイミングに基づいてオクタン価を推定する方法や、空燃比センサを用いたフィードバック制御におけるフィードバック補正係数の値に基づいてオクタン価を推定する方法等、既知の推定方法が用いられる。   First, in S1, the ECU determines whether fuel reforming by the fuel reforming system is completed. Here, whether or not fuel reforming is completed is determined based on whether or not reformed fuel higher than the target octane number and larger than the target remaining amount is stored in the reformed fuel tank, for example. Here, the remaining amount of the reformed fuel in the reformed fuel tank can be obtained using the output of the level sensor. As a method of estimating the octane number of the reformed fuel, a method of estimating the octane number based on the timing at which occurrence of knocking is detected when the ratio of the unreformed fuel and the reformed fuel of the fuel supplied to the engine is changed. Alternatively, a known estimation method such as a method of estimating the octane number based on the value of the feedback correction coefficient in the feedback control using the air-fuel ratio sensor is used.

S1の判定がNOである場合には、ECUは、混合器に酸化ガスと未改質燃料と主触媒と反応済みの改質燃料とを供給することによって改質反応器にこれらの混合気を供給し、改質反応器で燃料を改質する改質運転を行う(S2以降、参照)。S2では、ECUは、未改質燃料供給量と主触媒供給量と改質燃料供給量とを予め定められた割合になるように制御し、混合器に未改質燃料と主触媒と反応済みの改質燃料とを供給する。より具体的には、ECUは、フィードポンプをオンにしかつ燃料供給弁を開き、触媒計量ポンプをオンにし、制御弁を供給側にセットするとともに循環ポンプをオンにする。これに加えて、以下で説明するように酸化ガス供給装置及び気相還流装置を用いて酸化ガスを混合器に供給することにより、改質反応器には、未改質燃料と主触媒と改質燃料と酸化ガスとを混合した混合気が供給される。   If the determination in S1 is NO, the ECU supplies the mixture to the reforming reactor by supplying oxidizing gas, unreformed fuel, main catalyst, and reacted reformed fuel to the mixer. A reforming operation is performed in which the fuel is supplied and reformed in the reforming reactor (refer to S2 and thereafter). In S2, the ECU controls the unreformed fuel supply amount, the main catalyst supply amount, and the reformed fuel supply amount to have predetermined ratios, and the mixer has reacted with the unreformed fuel and the main catalyst. Of reformed fuel. More specifically, the ECU turns on the feed pump and opens the fuel supply valve, turns on the catalyst metering pump, sets the control valve on the supply side, and turns on the circulation pump. In addition, as described below, the reforming reactor is supplied with the unreformed fuel and the main catalyst by supplying the oxidizing gas to the mixer using the oxidizing gas supply device and the gas phase reflux device. An air-fuel mixture obtained by mixing quality fuel and oxidizing gas is supplied.

次に酸化ガス供給装置及び気相還流装置を用いて酸化ガスを混合器へ供給する具体的な制御手順について説明する。上述のように酸化ガス供給装置4を用いて酸化ガスを供給すると、改質反応器には酸化ガス処理装置によって酸化力が強化された新規酸化ガスが供給されるので、改質反応器における改質反応速度を向上できる効果があるものの、改質運転に伴って発生した燃料蒸気を第2蒸気処理装置で処理しなければならない。これに対し、気相還流装置を用いて還流酸化ガスを混合器へ供給すると、改質反応器には未反応の酸素しか供給されないので、改質反応器における改質反応速度を向上する効果は低いものの、第2蒸気処理装置における燃料蒸気の処理負担を軽減できる。そこでECUは、エンジンの運転状態に応じて酸化ガス切替弁を切り替えることにより、酸化ガス供給装置から混合器への新規酸化ガス供給量と気相還流装置から混合器への還流酸化ガス供給量とを制御する。   Next, a specific control procedure for supplying the oxidizing gas to the mixer using the oxidizing gas supply device and the gas phase reflux device will be described. When the oxidizing gas is supplied using the oxidizing gas supply device 4 as described above, the reforming reactor is supplied with a new oxidizing gas whose oxidizing power is enhanced by the oxidizing gas processing device. Although there is an effect that the quality reaction rate can be improved, the fuel vapor generated in the reforming operation must be processed by the second steam processing device. On the other hand, when refluxing oxidizing gas is supplied to the mixer using a gas-phase reflux apparatus, only the unreacted oxygen is supplied to the reforming reactor, so the effect of improving the reforming reaction rate in the reforming reactor is Although it is low, the processing load of the fuel vapor in the second steam processing apparatus can be reduced. Therefore, the ECU switches the oxidizing gas switching valve in accordance with the operating state of the engine, thereby providing a new oxidizing gas supply amount from the oxidizing gas supply device to the mixer and a reflux oxidizing gas supply amount from the gas phase reflux device to the mixer. To control.

より具体的には、S3では、ECUは、アイドリングストップによってエンジンが停止しているか否かを判定する。S3の判定がNOである場合、上述のように第2蒸気処理装置の流路切替弁は上流流路側又は下流流路側に設定されており、第2蒸気処理装置で燃料蒸気を処理できる。この場合、ECUは、酸化ガス切替弁を酸化ガス供給装置側に設定し(S4参照)、さらに気相還流装置からの還流酸化ガスの供給量を0にするとともに、酸化ガス供給装置から新規酸化ガスを供給する(S5参照)。これにより、改質反応器における改質反応速度を向上しつつ、これによって発生した燃料蒸気を第2蒸気処理装置で適切に処理できる。   More specifically, in S3, the ECU determines whether the engine is stopped due to idling stop. When the determination in S3 is NO, the flow path switching valve of the second steam processing apparatus is set on the upstream flow path side or the downstream flow path side as described above, and the fuel vapor can be processed by the second steam processing apparatus. In this case, the ECU sets the oxidant gas switching valve to the oxidant gas supply device side (see S4), further reduces the supply amount of the recirculated oxidant gas from the vapor phase recirculation device to 0, and performs a new oxidation from the oxidant gas supply device. Gas is supplied (see S5). Thereby, while improving the reforming reaction rate in the reforming reactor, the fuel vapor generated thereby can be appropriately processed by the second steam processing apparatus.

またS3の判定がYESである場合、上述のように第2蒸気処理装置の流路切替弁は遮断側に設定され、第2蒸気処理装置では燃料蒸気を十分に処理できない。この場合、ECUは、酸化ガス切替弁を気相還流装置側に設定し(S6参照)、気相還流装置から混合器への還流酸化ガス供給量をエンジンが稼働している場合よりも増加させるとともに、酸化ガス供給装置から混合器への新規酸化ガスの供給量を0にする(S7参照)、これにより、改質反応器における改質運転を継続しながら第2蒸気処理装置における燃料蒸気の処理負担を軽減することができる。   When the determination in S3 is YES, the flow path switching valve of the second steam processing apparatus is set to the shut-off side as described above, and the second steam processing apparatus cannot sufficiently process the fuel vapor. In this case, the ECU sets the oxidizing gas switching valve on the gas-phase reflux device side (see S6), and increases the amount of refluxing oxidizing gas supplied from the gas-phase reflux device to the mixer more than when the engine is operating. At the same time, the supply amount of the new oxidizing gas from the oxidizing gas supply device to the mixer is set to 0 (see S7), so that the fuel vapor in the second steam processing device is maintained while continuing the reforming operation in the reforming reactor. The processing burden can be reduced.

またS1の判定がYESである場合には、すなわちS2〜S7の改質運転を行うことによって改質燃料タンクには目標オクタン価より高くかつ目標残量より多い改質燃料を取得できた場合には、ECUは、混合器への未改質燃料、主触媒、改質燃料、及び酸化ガスの供給を停止し、改質反応器における改質運転を停止する(S8参照)。   Further, when the determination of S1 is YES, that is, when reformed fuel that is higher than the target octane number and larger than the target remaining amount can be acquired in the reformed fuel tank by performing the reforming operation of S2 to S7. The ECU stops the supply of unreformed fuel, main catalyst, reformed fuel, and oxidizing gas to the mixer, and stops the reforming operation in the reforming reactor (see S8).

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
例えば上記実施形態では、主触媒を未改質燃料とともに混合器へ供給する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば主触媒は、助触媒と同様に、改質反応器の反応管内に充填された粒子状物質又は多孔質物質に担持させてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this.
For example, in the above embodiment, the case where the main catalyst is supplied to the mixer together with the unreformed fuel has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the main catalyst may be supported on a particulate material or a porous material filled in the reaction tube of the reforming reactor, like the promoter.

また上記実施形態では、酸化ガスを供給する場合、エンジンの運転状態に応じて酸化ガス切替弁を制御し、酸化ガス供給装置からの新規酸化ガスと気相還流装置からの還流酸化ガスとの何れかを選択的に供給したが(図3のS3〜S7参照)、本発明はこれに限らない。例えば、新規酸化ガス供給量と還流酸化ガス供給量とを合わせた総酸化ガス供給量に占める還流酸化ガス供給量の割合を、エンジンの運転状態に応じて連続的に変化させてもよい。この場合、エンジンが停止している場合には、エンジンが稼働している場合よりも総酸化ガス供給量に占める還流酸化ガス供給量の割合を増加することが好ましい。   Further, in the above embodiment, when supplying the oxidizing gas, the oxidizing gas switching valve is controlled according to the operating state of the engine, and either the new oxidizing gas from the oxidizing gas supply device or the refluxing oxidizing gas from the gas phase reflux device is selected. (Refer to S3 to S7 in FIG. 3), the present invention is not limited to this. For example, the ratio of the recirculated oxidant gas supply amount to the total oxidant gas supply amount, which is the sum of the new oxidant gas supply amount and the recirculated oxidant gas supply amount, may be continuously changed according to the operating state of the engine. In this case, when the engine is stopped, it is preferable to increase the ratio of the recirculated oxidizing gas supply amount to the total oxidizing gas supply amount as compared with the case where the engine is operating.

1…燃料改質システム
2…混合器
3…改質反応器
4…酸化ガス供給装置
7…改質燃料循環装置
73…気液分離器
74…凝縮器
78…第2蒸気処理装置(蒸気処理装置)
8…気相還流装置
9…ECU(制御装置)
E…エンジン(内燃機関)
E1…吸気通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel reforming system 2 ... Mixer 3 ... Reforming reactor 4 ... Oxidizing gas supply device 7 ... Reformed fuel circulation device 73 ... Gas-liquid separator 74 ... Condenser 78 ... Second steam processing device (steam processing device) )
8 ... Gas-phase reflux device 9 ... ECU (control device)
E ... Engine (Internal combustion engine)
E1 ... Intake passage

Claims (5)

炭化水素を主体とした燃料を、酸素を用いて改質してアルコールを含む改質燃料を生成する燃料改質システムであって、
酸化ガスと燃料との混合気を生成する混合器と、
前記混合器から混合気が供給されると、改質触媒の作用下で改質反応が進行し出口から改質燃料を排出する改質反応器と、
前記改質反応器を経ていない酸化ガスを前記混合器へ供給する酸化ガス供給装置と、
前記出口から排出される気液混合の改質燃料を気相と凝縮相とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器によって分離された気相の改質燃料の少なくとも一部を還流酸化ガスとして前記混合器へ供給する気相還流装置と、を備えることを特徴とする燃料改質システム。
A fuel reforming system for reforming a hydrocarbon-based fuel with oxygen to produce a reformed fuel containing alcohol,
A mixer for producing a mixture of oxidizing gas and fuel;
A reforming reactor in which a reforming reaction proceeds under the action of a reforming catalyst and a reformed fuel is discharged from an outlet when an air-fuel mixture is supplied from the mixer;
An oxidizing gas supply device that supplies the mixing gas with the oxidizing gas that has not passed through the reforming reactor;
A gas-liquid separator that separates the reformed fuel of the gas-liquid mixture discharged from the outlet into a gas phase and a condensed phase;
A fuel reforming system comprising: a gas phase recirculation device that supplies at least a part of the gas phase reformed fuel separated by the gas-liquid separator to the mixer as a reflux oxidizing gas.
前記気液分離器から排出される改質燃料を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮しきれなかった気相の改質燃料を内燃機関の吸気通路内に供給する蒸気処理装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質システム。
A condenser for condensing the reformed fuel discharged from the gas-liquid separator;
2. The fuel reforming system according to claim 1, further comprising: a steam processing device that supplies a gas-phase reformed fuel that cannot be condensed by the condenser into an intake passage of the internal combustion engine.
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記酸化ガス供給装置から前記混合器への酸化ガス供給量と前記気相還流装置から前記混合器への還流酸化ガス供給量とを制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の燃料改質システム。   A control device for controlling an oxidizing gas supply amount from the oxidizing gas supply device to the mixer and a reflux oxidizing gas supply amount from the gas-phase reflux device to the mixer according to an operating state of the internal combustion engine; The fuel reforming system according to claim 2, further comprising: 前記制御装置は、前記内燃機関が停止している場合には、前記内燃機関が稼働している場合よりも、前記還流酸化ガス供給量を増加することを特徴とする請求項3に記載の燃料改質システム。   4. The fuel according to claim 3, wherein the control device increases the supply amount of the recirculated oxidizing gas when the internal combustion engine is stopped than when the internal combustion engine is operating. Reforming system. 前記制御装置は、前記内燃機関が停止している場合には、前記内燃機関が稼働している場合よりも、前記酸化ガス供給量と前記還流酸化ガス供給量とを合わせた総酸化ガス供給量に占める前記還流酸化ガス供給量の割合を増加することを特徴とする請求項3又は4に記載の燃料改質システム。   When the internal combustion engine is stopped, the control device provides a total oxidizing gas supply amount that combines the oxidizing gas supply amount and the reflux oxidizing gas supply amount, compared to when the internal combustion engine is operating. 5. The fuel reforming system according to claim 3, wherein the ratio of the supply amount of the refluxing oxidant gas is increased.
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