JP4770753B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
特開2004−92520号公報には、排気リフォーマシステムが開示されている。この排気リフォーマシステムは、内燃機関のEGR経路の途中に配置され、かつ排気ガスの熱を吸熱可能に設置された燃料改質触媒を備えている。燃料改質触媒には、燃料が供給される。その燃料とEGRガス中の水蒸気等とが水蒸気改質反応を起こし、水素、一酸化炭素等が生成する。この水蒸気改質反応は、排気ガスの熱を吸熱して生ずる反応である。このため、生成した改質ガスの熱量は、反応前の燃料の熱量より多い。よって、その改質ガスをEGRガスとして吸気通路へ再循環させて内燃機関で燃焼させると、排気熱が回収されることとなるので、内燃機関の熱効率を向上することができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-92520 discloses an exhaust reformer system. The exhaust reformer system includes a fuel reforming catalyst that is disposed in the middle of the EGR path of the internal combustion engine and is installed so as to be able to absorb the heat of the exhaust gas. Fuel is supplied to the fuel reforming catalyst. The fuel and steam in the EGR gas undergo a steam reforming reaction to generate hydrogen, carbon monoxide, and the like. This steam reforming reaction is a reaction that occurs by absorbing the heat of the exhaust gas. For this reason, the calorie | heat amount of the produced | generated reformed gas is more than the calorie | heat amount of the fuel before reaction. Therefore, when the reformed gas is recirculated to the intake passage as EGR gas and burned in the internal combustion engine, exhaust heat is recovered, so that the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.
ガソリンを燃料改質触媒で改質する際に、燃料改質触媒の温度が低い(例えば650〜700℃程度以下)と、燃料中の炭素が析出する反応が生じ易い。この炭素析出反応が生ずると、水素や一酸化炭素の生成量が減少し、排気熱回収効果が小さくなってしまう。更に、触媒に付着した析出炭素が改質用燃料を吸収し、その炭素が燃焼するために、燃料改質触媒の劣化が生ずる。このため、ガソリンを改質用燃料として用いる場合には、低温域で燃料改質を実施できず、燃費改善効果を十分に発揮できないという問題がある。 When reforming gasoline with a fuel reforming catalyst, if the temperature of the fuel reforming catalyst is low (for example, about 650 to 700 ° C. or less), a reaction in which carbon in the fuel is deposited is likely to occur. When this carbon deposition reaction occurs, the production amount of hydrogen and carbon monoxide decreases, and the exhaust heat recovery effect becomes small. Further, the deposited carbon adhering to the catalyst absorbs the reforming fuel, and the carbon burns, so that the fuel reforming catalyst is deteriorated. For this reason, when gasoline is used as a reforming fuel, there is a problem that fuel reforming cannot be performed in a low temperature range, and the fuel efficiency improvement effect cannot be sufficiently exhibited.
一方、近年では、自動車の燃料として、サトウキビ、トウモロコシ、木材などから抽出されるアルコールの利用が促進されている。このため、アルコール燃料、あるいはガソリンとアルコールとを混合した混合燃料の普及が予想されている。そこで、様々な種類のアルコール混合割合の燃料を使用可能なフレキシブル・フューエル・ビークルの開発が行われている。 On the other hand, in recent years, the use of alcohol extracted from sugarcane, corn, wood and the like has been promoted as fuel for automobiles. For this reason, the spread of alcohol fuel or mixed fuel in which gasoline and alcohol are mixed is expected. Therefore, a flexible fuel vehicle that can use various kinds of fuels with a mixture of alcohol has been developed.
実公昭61−21566号公報には、上記排気リフォーマシステムと類似のシステムであって、改質用燃料としてアルコール燃料を用いるシステムが開示されている。アルコール燃料は、低温でも炭素析出反応が起こりにくいので、低温域でも燃料改質が実施可能である。しかしながら、アルコール燃料は、ガソリンと比べ、改質ガス生成量が少なく、また、燃料自体のエネルギー密度も低い。このため、ガソリンの改質を利用する場合と比べると、十分な燃費改善効果を得にくいという問題がある。 Japanese Utility Model Publication No. 61-21566 discloses a system that is similar to the exhaust reformer system and uses alcohol fuel as the reforming fuel. Alcohol fuels are less susceptible to carbon deposition reaction even at low temperatures, so fuel reforming can be carried out even at low temperatures. However, alcohol fuel has a smaller amount of reformed gas produced than gasoline, and the energy density of the fuel itself is also low. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficient fuel economy improvement effect as compared with the case of using gasoline reforming.
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料改質触媒の劣化を抑制するとともに、燃料改質による燃費改善効果を十分に発揮させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a control device for an internal combustion engine capable of suppressing deterioration of a fuel reforming catalyst and sufficiently exhibiting a fuel efficiency improvement effect by fuel reforming. For the purpose.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路を通る排気ガスの一部を取り出して吸気通路に再循環させるEGR経路と、
前記EGR経路の途中に配置されるとともに、前記排気通路を通る排気ガスの熱を吸熱可能に設けられ、燃料を改質反応させる燃料改質触媒と、
炭化水素を含む主燃料と、アルコール燃料とを混合し、その混合物を改質用燃料として前記燃料改質触媒に供給する改質用燃料供給手段と、
前記燃料改質触媒の温度が低い場合ほど前記改質用燃料中のアルコールの割合を高くし、前記燃料改質触媒の温度が高い場合ほど前記改質用燃料中の炭化水素の割合を高くするように、前記主燃料と前記アルコール燃料との混合比を制御する混合比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
An EGR path for extracting a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage of the internal combustion engine and recirculating it to the intake passage;
A fuel reforming catalyst that is arranged in the middle of the EGR path and is provided so as to be able to absorb heat of exhaust gas passing through the exhaust passage and to reform the fuel;
A reforming fuel supply means for mixing a main fuel containing hydrocarbons and an alcohol fuel, and supplying the mixture as a reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
The lower the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the proportion of alcohol in the reforming fuel, and the higher the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the proportion of hydrocarbons in the reforming fuel. A mixing ratio control means for controlling a mixing ratio of the main fuel and the alcohol fuel,
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記アルコール燃料の混合比が大きい場合ほど、前記燃料改質触媒への前記改質用燃料の供給量を多くする供給量制御手段を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
A supply amount control means for increasing the supply amount of the reforming fuel to the fuel reforming catalyst as the mixing ratio of the alcohol fuel increases is provided.
また、第3の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路を通る排気ガスの一部を取り出して吸気通路に再循環させるEGR経路と、
前記EGR経路の途中に配置されるとともに、前記排気通路を通る排気ガスの熱を吸熱可能に設けられ、燃料を改質反応させる燃料改質触媒と、
改質用燃料を前記燃料改質触媒に供給する改質用燃料供給手段と、
前記改質用燃料におけるアルコールと炭化水素との混合割合を検出する混合割合検出手段と、
前記燃料改質触媒への前記改質用燃料の供給を実行する条件を設定する実行条件設定手段と、
を備え、
前記実行条件設定手段は、前記改質用燃料中のアルコールの割合が高い場合ほど、前記燃料改質触媒の温度が低い領域まで前記改質用燃料の供給が実行されるように、前記条件を緩和することを特徴とする。
The third invention is a control device for an internal combustion engine,
An EGR path for extracting a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage of the internal combustion engine and recirculating it to the intake passage;
A fuel reforming catalyst that is arranged in the middle of the EGR path and is provided so as to be able to absorb heat of exhaust gas passing through the exhaust passage and to reform the fuel;
Reforming fuel supply means for supplying reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
Mixing ratio detection means for detecting a mixing ratio of alcohol and hydrocarbon in the reforming fuel;
Execution condition setting means for setting conditions for executing the supply of the reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
With
The execution condition setting means sets the condition so that the higher the proportion of alcohol in the reforming fuel is, the more the reforming fuel is supplied to a region where the temperature of the fuel reforming catalyst is lower. It is characterized by relaxation.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記改質用燃料中のアルコールの割合が高い場合ほど、前記燃料改質触媒への前記改質用燃料の供給量を増加させる供給量制御手段を備えることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
A supply amount control means for increasing the supply amount of the reforming fuel to the fuel reforming catalyst as the proportion of alcohol in the reforming fuel increases is provided.
第1の発明によれば、EGR経路の途中に配置された燃料改質触媒に、炭化水素を含む主燃料と、アルコール燃料とを混合した混合物を改質用燃料として供給することができる。そして、燃料改質触媒の温度が低い場合ほど改質用燃料中のアルコール割合を高くし、燃料改質触媒の温度が高い場合ほど改質用燃料中の炭化水素割合を高くするように、主燃料とアルコール燃料との混合比を制御することができる。これにより、燃料改質触媒の温度が低く、炭素析出反応が起き易い場合には、改質用燃料中のアルコール割合を高くすることにより、炭素析出反応が起きるのを確実に抑制することができる。このため、燃料改質触媒の温度が低い場合でも改質効率の低下や燃料改質触媒の劣化を防止することができるので、排気ガス温度が比較的低い運転領域まで、燃料改質を実行することができる。また、燃料改質触媒の温度が高く、炭素析出反応が起きにくい場合には、改質用燃料中の炭化水素割合を高くすることにより、排気熱回収効率を更に高めることができる。このようなことから、第1の発明によれば、炭素析出反応が起こるのを確実に抑制しつつ、燃料改質による燃費改善効果を大きく発揮させることができる。更に、第1の発明によれば、アルコール割合の高い改質用燃料を燃料改質触媒で改質しているときに、燃料改質触媒の硫黄被毒を容易に回復させることができる。 According to the first invention, a mixture obtained by mixing a main fuel containing hydrocarbons and an alcohol fuel can be supplied as a reforming fuel to a fuel reforming catalyst disposed in the middle of the EGR path. The lower the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the alcohol ratio in the reforming fuel, and the higher the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the hydrocarbon ratio in the reforming fuel. The mixing ratio of the fuel and the alcohol fuel can be controlled. Thereby, when the temperature of the fuel reforming catalyst is low and the carbon deposition reaction is likely to occur, it is possible to reliably suppress the carbon deposition reaction from occurring by increasing the alcohol ratio in the reforming fuel. . For this reason, even when the temperature of the fuel reforming catalyst is low, it is possible to prevent a reduction in reforming efficiency and deterioration of the fuel reforming catalyst, so that fuel reforming is executed up to an operation region where the exhaust gas temperature is relatively low. be able to. Further, when the temperature of the fuel reforming catalyst is high and the carbon deposition reaction is difficult to occur, the exhaust heat recovery efficiency can be further increased by increasing the hydrocarbon ratio in the reforming fuel. For this reason, according to the first aspect of the present invention, the fuel efficiency improvement effect by fuel reforming can be greatly exhibited while reliably suppressing the occurrence of the carbon deposition reaction. Furthermore, according to the first invention, when the reforming fuel having a high alcohol ratio is reformed by the fuel reforming catalyst, sulfur poisoning of the fuel reforming catalyst can be easily recovered.
第2の発明によれば、アルコール燃料の混合比が大きい場合ほど、燃料改質触媒への改質用燃料の供給量を多くすることができる。これにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化しても、内燃機関に吸入されるガスの性状を一定に保つことができる。このため、燃焼不安定、エミッション悪化等の弊害が生ずるのを確実に防止することができる。 According to the second invention, the larger the mixing ratio of the alcohol fuel, the larger the amount of reforming fuel supplied to the fuel reforming catalyst. Thereby, even if the alcohol ratio in the reforming fuel changes, the properties of the gas sucked into the internal combustion engine can be kept constant. For this reason, it is possible to reliably prevent adverse effects such as combustion instability and emission deterioration.
第3の発明によれば、EGR経路の途中に配置された燃料改質触媒に供給される改質用燃料中のアルコールと炭化水素との混合割合を検出することができる。そして、改質用燃料中のアルコールの割合が高い場合ほど、燃料改質触媒の温度が低い領域まで、燃料改質実行領域を拡大することができる。これにより、改質用燃料中のアルコールの割合に応じ、炭素析出反応を起こさない範囲において、燃料改質実行領域をなるべく広く設定することができる。このため、燃料改質による排気熱回収効果を広い運転領域で享受することができ、燃費を大きく改善することができる。また、異なる種類の燃料が給油されたことにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化した場合であっても、炭素析出反応が起きるのを確実に抑制することができるので、改質効率低下や燃料改質触媒の劣化を防止することができる。 According to the third invention, it is possible to detect the mixing ratio of alcohol and hydrocarbon in the reforming fuel supplied to the fuel reforming catalyst arranged in the middle of the EGR path. The higher the proportion of alcohol in the reforming fuel is, the more the fuel reforming execution region can be expanded to a region where the temperature of the fuel reforming catalyst is low. As a result, the fuel reforming execution region can be set as wide as possible within a range in which the carbon deposition reaction does not occur according to the proportion of alcohol in the reforming fuel. For this reason, the exhaust heat recovery effect by fuel reforming can be enjoyed in a wide operation region, and the fuel consumption can be greatly improved. Moreover, even if the alcohol ratio in the reforming fuel changes due to the supply of different types of fuel, it is possible to reliably suppress the carbon precipitation reaction, resulting in a decrease in reforming efficiency. And deterioration of the fuel reforming catalyst can be prevented.
第4の発明によれば、改質用燃料中のアルコールの割合が高い場合ほど、燃料改質触媒への改質用燃料の供給量を増加させることができる。これにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化しても、内燃機関に吸入されるガスの性状を一定に保つことができる。このため、燃焼不安定、エミッション悪化等の弊害が生ずるのを確実に防止することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the higher the proportion of alcohol in the reforming fuel is, the more the amount of reforming fuel supplied to the fuel reforming catalyst can be increased. Thereby, even if the alcohol ratio in the reforming fuel changes, the properties of the gas sucked into the internal combustion engine can be kept constant. For this reason, it is possible to reliably prevent adverse effects such as combustion instability and emission deterioration.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための模式的な図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、例えば自動車の動力源とされる内燃機関10を備えている。内燃機関10には、インテークマニホールド12の内部に燃料を噴射する燃料インジェクタ14が設置されている。なお、燃料インジェクタは、このような構成に限らず、筒内に燃料を直接に噴射するように設置しても良い。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system according to the present embodiment includes an
空気は、エアクリーナー16を通って、吸気通路18に吸入される。吸気通路18の途中には、ターボ過給機20の吸気圧縮機が配置されている。ターボ過給機20で圧縮された吸入空気は、インタークーラー22で冷却された後、インテークマニホールド12によって分配されて内燃機関10の各気筒に流入する。
Air is sucked into the
各気筒から排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド24を通って、排気通路26に流入する。排気通路26の途中には、ターボ過給機20の排気タービンが配置されている。
Exhaust gas discharged from each cylinder flows into the
ターボ過給機20の下流側の排気通路26からは、外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うための第1のEGR導入管28が分岐している。第1のEGR導入管28は、排気通路26を流れる排気ガスの一部をEGRガスとして取り出すことができる。
A first
第1のEGR導入管28は、燃料改質触媒(改質器)30に接続されている。燃料改質触媒30の前の第1のEGR導入管28には、改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射装置32が設置されている。
The first
燃料改質触媒30の内部のEGRガス通路に設置された触媒担体には、例えばRh、Co、Ni等の触媒成分が担持されている。また、燃料改質触媒30は、排気通路26を通る排気ガスの熱を吸熱可能に設置されている。燃料改質触媒30には、燃料改質触媒30の温度を検出する温度センサ34が設置されている。
The catalyst carrier installed in the EGR gas passage inside the
燃料改質触媒30では、改質用燃料とEGRガス中の水蒸気および二酸化炭素とが改質反応(水蒸気改質反応)を起こすことにより、水素(H2)と一酸化炭素(CO)とが生成される。
In the
燃料改質触媒30には、第2のEGR導入管36の一端が接続されている。第2のEGR導入管36の他端は、ターボ過給機20の上流の吸気通路18に接続されている。第2のEGR導入管36の途中には、EGRクーラー38が設置されている。燃料改質触媒30で生成された水素および一酸化炭素を含むEGRガス(以下「改質ガス」という)は、第2のEGR導入管36を通って、吸気通路18に導入される。第2のEGR導入管36と吸気通路18との接続部には、吸気通路18への改質ガスの導入量を制御するためのEGR弁40が設置されている。
One end of a second
本システムは、主燃料を貯留する第1燃料タンク42と、アルコール燃料(エタノール等のアルコールを主成分とする燃料)を貯留する第2燃料タンク44とを備えている。本実施形態のシステムは、炭化水素100%の燃料(本実施形態ではガソリンとする)と、ガソリンとアルコールとの混合燃料(以下、単に「混合燃料」という)との何れの燃料でも給油可能になっている。第1の燃料タンク42には、ユーザーが給油を選択した燃料に応じて、混合燃料またはガソリン100%の燃料が、主燃料として貯留される。第1燃料タンク42には、主燃料中のアルコールとガソリンとの混合割合を検出可能な燃料性状センサ56が設置されている。
The system includes a
本システムは、混合燃料からアルコール燃料を分離・抽出する装置(図示せず)を備えている。そして、その分離・抽出されたアルコール燃料が第2燃料タンク44に貯留される。この場合の分離・抽出方法は特に限定されないが、例えば次の何れかの方法により分離・抽出することができる
(1)分離膜により分離する方法。
(2)混合燃料を加熱し、沸点の違いを利用して分離する方法(分留)。
(3)混合燃料に水を加え、水との親和性の高いアルコールを水相に移行させることによって分離する方法。
The system includes a device (not shown) for separating and extracting alcohol fuel from the mixed fuel. The separated and extracted alcohol fuel is stored in the
(2) A method in which the mixed fuel is heated and separated using the difference in boiling points (fractional distillation).
(3) A method of separating water by adding water to the mixed fuel and transferring alcohol having high affinity with water to the aqueous phase.
なお、本発明では、上記と異なり、アルコール燃料を第2燃料タンク44に別途に給油することとしていてもよい。
In the present invention, unlike the above, alcohol fuel may be separately supplied to the
第1燃料タンク42に貯留された主燃料は、主燃料ライン46を通って、燃料インジェクタ14に供給される。主燃料ライン46からは、分岐ライン48が分岐している。分岐ライン48は、混合比制御器50に接続されている。一方、第2燃料タンク44に貯留されたアルコール燃料は、アルコール燃料ライン52を通って、混合比制御器50に供給される。
The main fuel stored in the
分岐ライン48を通って供給される主燃料と、アルコール燃料ライン52を通って供給されるアルコール燃料とは、混合比制御器50にて混合される。この混合された燃料が改質用燃料となる。改質用燃料は、改質用燃料ライン54を通って、改質用燃料噴射装置32に供給される。混合比制御器50は、主燃料とアルコール燃料との混合比を自由に調整可能に構成されている。
The main fuel supplied through the
本実施形態では、内燃機関10のクランク軸は、モータージェネレーター58と連結されている。内燃機関10とモータージェネレーター58とで、ハイブリッドシステムが構成される。なお、本発明は、このようなハイブリッドシステムに限定されるものではなく、内燃機関10が単独で動力源とされるものでもよい。
In the present embodiment, the crankshaft of the
本実施形態のシステムは、更に、ECU(Electronic Control Unit)60を備えている。ECU60には、上述した改質用燃料噴射装置32、EGR弁40、混合比制御器50、温度センサ34、燃料性状センサ56等の各種のアクチュエータおよびセンサが電気的に接続されている。
The system of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 60. The
改質用燃料中のガソリンは、燃料改質触媒30において、次式で表される改質反応を起こす。
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3C7.6H13.6+Q1
→31H2+34.7CO+63.6N2 ・・・(1)
The gasoline in the reforming fuel causes a reforming reaction represented by the following formula in the
1.56 (7.6CO 2 + 6.8H 2 O + 40.8N 2 ) + 3C 7.6 H 13.6 + Q1
→ 31H 2 + 34.7CO + 63.6N 2 (1)
一方、改質用燃料中のアルコール(ここではエタノール)は、燃料改質触媒30において、次式で表される改質反応を起こす。
C2H5OH+0.4CO2+0.6H2O+2.3N2+Q2→3.6H2+2.4CO+2.3N2 ・・・(2)
On the other hand, alcohol (ethanol in this case) in the reforming fuel causes a reforming reaction represented by the following formula in the
C 2 H 5 OH + 0.4CO 2 + 0.6H 2 O + 2.3N 2 + Q2 → 3.6H 2 + 2.4CO + 2.3N 2 (2)
上記(1)式および(2)式中のQ1およびQ2は、改質反応により吸収される反応熱である。燃料改質触媒30では、排気通路26を流れる排気ガスの熱を反応熱として吸収することにより、改質反応が行われる。このような改質反応により生成される水素および一酸化炭素の熱量は、上記反応熱の分だけ、元の燃料の熱量よりも多い。よって、本システムでは、この水素および一酸化炭素を含む改質ガスを内燃機関10に再循環させて燃焼させることにより、改質用燃料をそのまま燃焼させた場合と比べて出力を増大させることができる。換言すれば、本システムでは、燃料改質触媒30にて排気ガスの熱を回収することにより、内燃機関10の熱効率を向上することができる。このため、燃費性能を改善することができる。
Q1 and Q2 in the above formulas (1) and (2) are reaction heat absorbed by the reforming reaction. In the
[実施の形態1の特徴]
ガソリン100%の燃料を改質する場合には、燃料改質触媒30の温度が低温(例えば650〜700℃程度以下)であると、燃料中の炭素が析出する反応が起こり易い。この炭素析出反応が生ずると、改質ガス(水素、一酸化炭素)の生成量が減少するので、排気熱回収効果(燃費改善効果)が小さくなってしまう。更に、燃料改質触媒30に付着した析出炭素が改質用燃料を吸収して、その炭素が燃焼するために、燃料改質触媒30の劣化が生ずる。このような炭素析出反応が起こるのを避けるため、ガソリン100%を改質用燃料として用いる場合には、燃料改質触媒30の温度が高温(例えば700℃以上)となるような、排気ガス温度の高い運転領域でしか燃料改質を実施できない。
[Features of Embodiment 1]
When reforming 100% gasoline fuel, if the temperature of the
これに対し、含酸素燃料であるアルコール燃料の場合には、燃料改質触媒30の温度が低温であっても、炭素析出反応が起こりにくい。このため、排気ガス温度の低い運転領域であっても、燃料改質を実施可能であるというメリットがある。ただし、アルコール燃料は、ガソリンと比べ、改質ガスの生成量が少ないため、排気熱回収効果(熱効率改善効果)が小さい。更に、アルコール燃料は、ガソリンと比べて、燃料自体のエネルギー密度も低い。このため、内燃機関10に吸入されるガスの性状を一定に保つためには、改質する燃料量を多くする必要が生ずる。このようなことから、炭素析出反応が起こらない限りにおいては、ガソリンの改質を利用する方が、燃費を改善する上でより有効である。
On the other hand, in the case of alcohol fuel, which is an oxygen-containing fuel, the carbon deposition reaction hardly occurs even when the temperature of the
本実施形態のシステムによれば、ガソリンとアルコールとの混合物を改質用燃料とすることができる。そして、混合比制御器50での混合比を変更することにより、改質用燃料中のアルコール割合を変化させることができる。本実施形態では、上述した事情に鑑み、燃料改質触媒30の温度に応じて、改質用燃料中のアルコール割合を制御することとした。
According to the system of the present embodiment, a mixture of gasoline and alcohol can be used as a reforming fuel. Then, by changing the mixing ratio in the mixing
すなわち、本実施形態では、燃料改質触媒30の温度が低い場合ほど、改質用燃料中のアルコール割合が高くされる。アルコール割合を高くするほど、ガソリン割合が低くなるので、炭素析出反応は起きにくくなる。このため、本実施形態によれば、燃料改質触媒30の温度が比較的低い場合であっても、炭素析出反応を確実に抑制することができる。よって、燃料改質を実施する運転領域を、排気ガス温度の低い領域まで拡大することができるので、燃費改善効果を高めることができる。
That is, in the present embodiment, the lower the temperature of the
そして、本実施形態では、燃料改質触媒30の温度が高い場合ほど、改質用燃料中のアルコール割合が低くされる。アルコール割合を低くするほど、ガソリン割合が高くなり、ガソリンの改質量が増える。このため、排気熱回収率を更に高くすることができる。また、燃料改質触媒30の温度が高い場合には、ガソリンの改質量が増えても、炭素析出反応は起きにくい。よって、本実施形態によれば、炭素析出反応を防止しつつ、ガソリンの改質量をなるべく多くすることができる。その結果、燃費改善効果を更に高めることができる。
In the present embodiment, the higher the temperature of the
また、本実施形態では、混合比制御器50におけるアルコール燃料の混合比が高い場合ほど、改質用燃料噴射装置32の噴射量を増加させることとした。これにより、改質用燃料中のアルコール割合が高い場合ほど、燃料改質触媒30で改質される燃料量を増やすことができる。前述したように、ガソリンに代えてアルコール燃料の改質を利用する場合には、内燃機関10に吸入されるガスの性状を一定に保つ上で、改質する燃料量を多くする必要が生ずる。本実施形態では、改質用燃料噴射装置32の噴射量を上記のように制御することにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化しても、内燃機関10に吸入されるガスの性状を一定に保つことができる。このため、燃焼不安定、エミッション悪化等の弊害が生ずるのを確実に防止することができる。
In the present embodiment, the injection amount of the reforming
[実施の形態1における具体的処理]
図2は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU60が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図2に示すルーチンによれば、まず、燃料性状センサ56の信号に基づいて燃料判定が実施され(ステップ100)、その判定結果に基いて、第1燃料タンク42に貯留されている主燃料が混合燃料であるかガソリン100%の燃料であるかが判別される(ステップ102)。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 2 is a flowchart of a routine executed by the
主燃料がガソリン100%である場合には、アルコール燃料を分離・抽出することができないので、アルコール燃料を消費することは好ましくない。そこで、上記ステップ102で、主燃料がガソリン100%であると判別された場合には、ガソリン(主燃料)のみを改質用燃料として用いるガソリン制御が実行される(ステップ104)。このガソリン制御では、主燃料のみが改質用燃料噴射装置32に供給されるように、混合比制御器50が制御される。また、炭素析出反応が起きるのを防止するため、燃料改質触媒30の温度が高温(例えば700℃以上)である場合にのみ、改質用燃料噴射装置32から燃料を噴射するように制御される。
When the main fuel is 100% gasoline, it is not preferable to consume alcohol fuel because alcohol fuel cannot be separated and extracted. Therefore, if it is determined in step 102 that the main fuel is 100% gasoline, gasoline control using only gasoline (main fuel) as reforming fuel is executed (step 104). In this gasoline control, the
一方、上記ステップ102で、主燃料が混合燃料であると判別された場合には、次に、その主燃料におけるガソリンとアルコールの混合割合が燃料性状センサ56の信号に基づいて算出される(ステップ106)。 On the other hand, if it is determined in step 102 that the main fuel is a mixed fuel, then the mixing ratio of gasoline and alcohol in the main fuel is calculated based on the signal from the fuel property sensor 56 (step). 106).
次いで、温度センサ34により検出される燃料改質触媒30の温度が、規定温度以上であるか否かが判別される(ステップ108)。この規定温度とは、燃料改質を実行する下限温度である。燃料改質触媒30の温度が規定温度未満であると判別された場合には、上記ステップ102以下の処理が再度実行される。
Next, it is determined whether or not the temperature of the
一方、上記ステップ108で、燃料改質触媒30の温度が規定温度以上であると判別された場合には、次に、燃料改質触媒30の温度範囲が読み込まれる(ステップ110)。ECU60には、燃料改質触媒30の温度範囲毎に、その温度範囲において最適な改質用燃料中のアルコール割合を定めたマップが記憶されている。このマップでは、前述した理由に基き、燃料改質触媒30が低い温度範囲にある場合ほどアルコール割合が高く設定され、燃料改質触媒30が高い温度範囲にある場合ほどアルコール割合が低く設定されている。上記ステップ110では、上記マップが読み込まれ、現在の燃料改質触媒30の温度に対して最適な改質用燃料中のアルコール割合が求められる。
On the other hand, if it is determined in
続いて、混合比制御器50での混合比が決定される(ステップ112)。このステップ112では、改質用燃料中のアルコール割合が上記ステップ110で求められた値となるように、上記ステップ106で算出された主燃料中のガソリンとアルコールの混合割合に基づいて、混合比制御器50での混合比が算出される。次いで、第2燃料タンク44内の貯留量が正常であるか否かが判別される(ステップ114)。第2燃料タンク44内の貯留量が正常であると判別された場合には、上記ステップ112で決定された混合比が実現されるように、混合比制御器50が作動される(ステップ116)。
Subsequently, the mixing ratio in the mixing
上記ステップ116の処理に続いて、改質用燃料噴射装置32の噴射量が決定される(ステップ118)。具体的には、上記ステップ112で決定された混合割合において、アルコール燃料の混合比が大きい場合ほど、噴射量が多くなるように決定される。噴射量が決定されると、改質用燃料噴射装置32からの噴射が実行される。これにより、燃料改質触媒30での燃料改質が実施される(ステップ120)。
Subsequent to step 116, the injection amount of the reforming
一方、上記ステップ114において、第2燃料タンク44内の貯留量が正常でない(貯留量が少ない)と判別された場合には、アルコール燃料の消費量を抑制するため、混合比制御器50での混合比を所定値とする一定混合比制御が実行される(ステップ122)。
On the other hand, if it is determined in
以上説明したように、本実施形態の図2に示すルーチンの処理によれば、燃料改質触媒30の温度が低い場合ほど、改質用燃料中のアルコール割合を高くすることができる。このため、排気ガス温度が低く、燃料改質触媒30の温度が低い運転領域においても、炭素析出反応を確実に抑制しつつ、燃料改質を実施することができる。
As described above, according to the routine processing shown in FIG. 2 of the present embodiment, the alcohol ratio in the reforming fuel can be increased as the temperature of the
逆に、燃料改質触媒30の温度が高い場合には、改質用燃料中のアルコール割合を低くして、ガソリン割合を高くすることができる。つまり、炭素析出反応が起きにくい条件のときには、ガソリンの改質量をなるべく増やすことができるので、排気熱回収率を更に高くすることができる。このため、大きな燃費改善効果が得られる。
On the other hand, when the temperature of the
このように、本実施形態によれば、広い運転領域において燃料改質を実施することができ、かつ燃料改質による燃費改善効果を大きく発揮させることができる。また、炭素析出反応が起こるのを確実に抑制することができるので、改質効率の低下や燃料改質触媒30の劣化を確実に抑制することができる。このようなことから、本実施形態によれば、燃費性能を十分に改善することができる。
Thus, according to the present embodiment, fuel reforming can be performed in a wide operation region, and the fuel efficiency improvement effect by fuel reforming can be exhibited greatly. Moreover, since it is possible to reliably suppress the carbon precipitation reaction, it is possible to reliably suppress the reduction in reforming efficiency and the deterioration of the
更に、本実施形態によれば、燃料改質触媒30の硫黄被毒の回復が容易となるという利点もある。ガソリンを改質用燃料として利用すると、ガソリンに含まれる硫黄分により、燃料改質触媒30が被毒するという問題がある。本実施形態によれば、アルコール割合の高い改質用燃料を燃料改質触媒30で改質しているときに、燃料改質触媒30の硫黄被毒を容易に回復させることができる。
Further, according to the present embodiment, there is an advantage that the sulfur poisoning of the
また、本実施形態によれば、混合比制御器50におけるアルコール燃料の混合比が高い場合ほど、改質用燃料噴射装置32の噴射量を増加させることができる。これにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化しても、内燃機関10に吸入されるガスの性状を一定に保つことができる。このため、燃焼不安定、エミッション悪化等の弊害が生ずるのを確実に防止することができる。
Further, according to this embodiment, the higher the mixing ratio of alcohol fuel in the mixing
ところで、上述した実施の形態1では、温度センサ34を燃料改質触媒30に設置して、燃料改質触媒30の温度を直接検出するようにしているが、排気通路26に温度センサを設置してもよい。燃料改質触媒30は前述したように排気ガスによって加熱されるので、燃料改質触媒30の温度は排気ガス温度とほぼ同じとなる。よって、本発明では、排気通路26に設置した温度センサによって検出される排気ガス温度に基づいて、改質用燃料中の主燃料とアルコール燃料との混合比を制御するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the
また、内燃機関10の暖機後は、エンジン回転数および負荷等の条件に基づいて、改質用燃料中の主燃料とアルコール燃料との混合比を制御するようにしてもよい。一般に、内燃機関10の暖機後は、排気ガス温度は、エンジン回転数および負荷と相関する。すなわち、高回転高負荷側ほど、排気ガス温度が高くなり、よって燃料改質触媒30の温度も高くなる。よって、内燃機関10の暖機後は、温度センサによらず、エンジン回転数および負荷に基づいて、改質用燃料中の主燃料とアルコール燃料との混合比を制御するようにしても、上記と同様の効果が得られる。
Further, after the
なお、上述した実施の形態1においては、第1のEGR導入管28および第2のEGR導入管36が前記第1の発明における「EGR経路」に、改質用燃料噴射装置32および混合比制御器50が前記第1の発明における「改質用燃料供給手段」に、それぞれ相当している。また、ECU60が、図2に示すルーチンの処理を実行することにより前記第1の発明における「混合比制御手段」が、上記ステップ118の処理を実行することにより前記第2の発明における「供給量制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the first
実施の形態2.
次に、図3乃至図5を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 to FIG. 5. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.
[システム構成の説明]
図3は、本発明の実施の形態2のシステム構成を説明するための図である。なお、図3において、図1に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図3に示すように、実施の形態2のシステムは、第2燃料タンクを備えず、単一の燃料タンク62を備えている。燃料タンク62には、ユーザーが給油を選択した燃料、つまり、混合燃料あるいはガソリン100%の燃料が貯留される。
[Description of system configuration]
FIG. 3 is a diagram for explaining a system configuration according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. As shown in FIG. 3, the system according to the second embodiment includes a
燃料タンク62に貯留された燃料は、燃料ライン64を通って、燃料インジェクタ14に供給される。燃料ライン64からは、分岐ライン66が分岐している。分岐ライン66は、改質用燃料噴射装置32に接続されている。すなわち、本実施形態では、燃料タンク62に貯留されている燃料がそのまま改質用燃料として用いられる。
The fuel stored in the
[実施の形態2の特徴]
本実施形態では、ユーザーが給油を選択した燃料の種類に応じて、改質用燃料中のアルコール割合が変化する。前述したように、アルコール割合が高い場合には、炭素析出反応が起こりにくいので、燃料改質触媒30が比較的低温な領域まで、燃料改質を実施することができる。逆に、改質用燃料中のアルコール割合が低く、ガソリン100%に近くなるほど、燃料改質触媒30の温度が高くないと、炭素析出反応が起きてしまう。そこで、本実施形態では、改質用燃料中のアルコール割合に応じて、燃料改質を実施する領域を変更することとした。また、実施の形態1と同様に、改質用燃料中のアルコール割合に応じて、改質用燃料噴射装置32の噴射量を変更することとした。
[Features of Embodiment 2]
In the present embodiment, the alcohol ratio in the reforming fuel changes according to the type of fuel that the user has selected to refuel. As described above, when the alcohol ratio is high, the carbon deposition reaction hardly occurs, so that the fuel reforming can be performed up to a region where the
[実施の形態2における具体的処理]
図4は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU60が実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンによれば、まず、改質用燃料の燃料判定が実施される(ステップ130)。この燃料判定は、燃料タンク62に設置された燃料性状センサ56の信号に基づいて行うことができる。次いで、燃料判定の結果に基いて、改質用燃料燃料が混合燃料であるかガソリン100%の燃料であるかが判別される(ステップ132)。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ132において、改質用燃料がガソリン100%であると判別された場合には、図2のステップ104と同様に、ガソリン制御が実行される(ステップ134)。
If it is determined in
一方、上記ステップ132で、改質用燃料が混合燃料であると判別された場合には、次に、改質用燃料中のアルコール割合が燃料性状センサ56の信号に基づいて算出される(ステップ136)。
On the other hand, if it is determined in
次いで、温度センサ34により検出される燃料改質触媒30の温度が、規定温度以上であるか否かが判別される(ステップ138)。この規定温度とは、燃料改質を実行する下限温度である。燃料改質触媒30の温度が規定温度未満であると判別された場合には、上記ステップ132以下の処理が再度実行される。
Next, it is determined whether or not the temperature of the
一方、上記ステップ138で、燃料改質触媒30の温度が規定温度以上であると判別された場合には、次に、燃料改質を実施する改質領域が、上記ステップ136で算出された改質用燃料中のアルコール割合に応じて、変更される(ステップ140)。ECU60には、改質用燃料中のアルコール割合と、その燃料改質を実行すべき燃料改質触媒30の温度範囲との関係を定めたマップが記憶されている。このマップでは、前述した理由により、アルコール割合が高い場合ほど、燃料改質を実行すべき燃料改質触媒30の温度範囲が低温側に拡大するように設定されている。上記ステップ140では、このマップに基づいて、燃料改質を実行すべき燃料改質触媒30の温度範囲が変更される。例えば、改質用燃料中のアルコール割合が0%、つまりガソリン100%であるときには、燃料改質を実行すべき燃料改質触媒30の温度範囲が700℃以上と設定される。そして、アルコール割合が高くなるにつれてその温度範囲が低温側に拡大されていき、アルコール割合100%であるときには、燃料改質を実行すべき燃料改質触媒30の温度範囲が450℃以上と設定される。ECU60は、温度センサ34により検出される燃料改質触媒30の温度が、上記ステップ140で設定された温度範囲内にあることを条件に、改質用燃料噴射装置32からの燃料噴射を許可する。
On the other hand, if it is determined in
上記ステップ140の処理に続き、改質用燃料噴射装置32の噴射量が変更される(ステップ142)。具体的には、上記ステップ136で算出された改質用燃料中のアルコール割合に基づいて、そのアルコール割合が大きい場合ほど、噴射量が多くなるように変更される。
Subsequent to step 140, the injection amount of the reforming
以上説明したように、図4に示すルーチンの処理によれば、改質用燃料中のアルコール割合を検出し、そのアルコール割合が高い場合ほど、燃料改質触媒30の温度が低い領域まで、燃料改質を実行する領域を拡大することができる。このため、改質用燃料中のアルコール割合に応じて、炭素析出反応を起こさない範囲において、燃料改質実行領域を可能な限り拡大することができる。その結果、大きな燃費改善効果が得られる。また、給油される燃料のアルコール割合が変化した場合であっても、炭素析出反応が起こるのを確実に抑制することができる。よって、改質効率の低下や燃料改質触媒30の劣化を確実に抑制することができる。
As described above, according to the routine processing shown in FIG. 4, the alcohol ratio in the reforming fuel is detected, and the higher the alcohol ratio, the more the
また、本実施形態によれば、改質用燃料中のアルコール割合が高い場合ほど、改質用燃料噴射装置32の噴射量を増加させることができる。これにより、改質用燃料中のアルコール割合が変化しても、内燃機関10に吸入されるガスの性状を一定に保つことができる。このため、燃焼不安定、エミッション悪化等の弊害が生ずるのを確実に防止することができる。
Moreover, according to this embodiment, the injection amount of the reforming
ところで、上述した実施の形態2では、温度センサ34を燃料改質触媒30に設置し、この温度センサ34によって検出された燃料改質触媒30の温度が、アルコール割合に応じて定められた温度範囲内にある場合に、燃料改質の実行を許可するようにしているが、本発明では、排気通路26に温度センサを設置してもよい。燃料改質触媒30は前述したように排気ガスによって加熱されるので、燃料改質触媒30の温度は排気ガス温度とほぼ同じとなる。よって、本発明では、排気通路26に設置した温度センサによって検出される排気ガス温度が、アルコール割合に応じて定められた温度範囲内にある場合に、燃料改質の実行を許可するようにしてもよい。
By the way, in Embodiment 2 mentioned above, the
また、本発明では、内燃機関10の暖機後は、燃料改質の実行条件を、エンジン回転数および負荷等に基づいて設定してもよい。その一例を、図5を参照して説明する。一般に、内燃機関10の暖機後は、排気ガス温度は、エンジン回転数および負荷と相関する。図5は、その相関を示す図である。図5の横軸はエンジン回転数であり、縦軸は負荷(エンジントルク)である。そして、図5中の右下がりの多数の線は、排気ガス温度の等しい点を結んでなる等温線である。図5中、等温線Aより高回転高負荷側の運転領域では、排気ガス温度が700℃以上となる。そこで、改質用燃料がガソリン100%である場合には、エンジン回転数および負荷が等温線Aより高回転高負荷側にある場合に、燃料改質の実行を許可する。そして、改質用燃料中のアルコール割合が高くなるにつれて、燃料改質の実行を許可する等温線を低温側に拡大していき、アルコール割合が100%である場合には、図5中の等温線B(450℃)まで拡大する。つまり、アルコール割合が100%である場合には、エンジン回転数および負荷が等温線Bより高回転高負荷側にある場合に、燃料改質の実行を許可する。このように、温度センサによらず、エンジン回転数および負荷に基づいて制御した場合にも、同様の効果を得ることができる。
In the present invention, after the
なお、上述した実施の形態2においては、第1のEGR導入管28および第2のEGR導入管36が前記第3の発明における「EGR経路」に、改質用燃料噴射装置32が前記第3の発明における「改質用燃料供給手段」に、燃料性状センサ56が前記第3の発明における「混合割合検出手段」に、それぞれ相当している。また、ECU60が、上記ステップ140の処理を実行することにより前記第3の発明における「実行条件設定制御手段」が、上記ステップ142の処理を実行することにより前記第4の発明における「供給量制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the first
10 内燃機関
12 インテークマニホールド
14 燃料インジェクタ
16 エアクリーナー
18 吸気通路
20 ターボ過給機
22 インタークーラー
24 エキゾーストマニホールド
26 排気通路
28 第1のEGR導入管
30 燃料改質触媒
32 改質用燃料噴射装置
34 温度センサ
36 第2のEGR導入管
38 EGRクーラー
40 EGR弁
42 第1燃料タンク
44 第2燃料タンク
50 混合比制御器
56 燃料性状センサ
58 モータージェネレーター
60 ECU
62 燃料タンク
DESCRIPTION OF
62 Fuel tank
Claims (4)
前記EGR経路の途中に配置されるとともに、前記排気通路を通る排気ガスの熱を吸熱可能に設けられ、燃料を改質反応させる燃料改質触媒と、
炭化水素を含む主燃料と、アルコール燃料とを混合し、その混合物を改質用燃料として前記燃料改質触媒に供給する改質用燃料供給手段と、
前記燃料改質触媒の温度が低い場合ほど前記改質用燃料中のアルコールの割合を高くし、前記燃料改質触媒の温度が高い場合ほど前記改質用燃料中の炭化水素の割合を高くするように、前記主燃料と前記アルコール燃料との混合比を制御する混合比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An EGR path for extracting a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage of the internal combustion engine and recirculating it to the intake passage;
A fuel reforming catalyst that is arranged in the middle of the EGR path and is provided so as to be able to absorb heat of exhaust gas passing through the exhaust passage and to reform the fuel;
A reforming fuel supply means for mixing a main fuel containing hydrocarbons and an alcohol fuel, and supplying the mixture as a reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
The lower the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the proportion of alcohol in the reforming fuel, and the higher the temperature of the fuel reforming catalyst, the higher the proportion of hydrocarbons in the reforming fuel. A mixing ratio control means for controlling a mixing ratio of the main fuel and the alcohol fuel,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR経路の途中に配置されるとともに、前記排気通路を通る排気ガスの熱を吸熱可能に設けられ、燃料を改質反応させる燃料改質触媒と、
改質用燃料を前記燃料改質触媒に供給する改質用燃料供給手段と、
前記改質用燃料におけるアルコールと炭化水素との混合割合を検出する混合割合検出手段と、
前記燃料改質触媒への前記改質用燃料の供給を実行する条件を設定する実行条件設定手段と、
を備え、
前記実行条件設定手段は、前記改質用燃料中のアルコールの割合が高い場合ほど、前記燃料改質触媒の温度が低い領域まで前記改質用燃料の供給が実行されるように、前記条件を緩和することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An EGR path for extracting a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage of the internal combustion engine and recirculating it to the intake passage;
A fuel reforming catalyst that is arranged in the middle of the EGR path and is provided so as to be able to absorb heat of exhaust gas passing through the exhaust passage and to reform the fuel;
Reforming fuel supply means for supplying reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
Mixing ratio detection means for detecting a mixing ratio of alcohol and hydrocarbon in the reforming fuel;
Execution condition setting means for setting conditions for executing the supply of the reforming fuel to the fuel reforming catalyst;
With
The execution condition setting means sets the condition so that the higher the proportion of alcohol in the reforming fuel is, the more the reforming fuel is supplied to a region where the temperature of the fuel reforming catalyst is lower. A control device for an internal combustion engine, characterized by mitigating.
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