JP5006776B2 - Fuel reformer - Google Patents

Fuel reformer Download PDF

Info

Publication number
JP5006776B2
JP5006776B2 JP2007318779A JP2007318779A JP5006776B2 JP 5006776 B2 JP5006776 B2 JP 5006776B2 JP 2007318779 A JP2007318779 A JP 2007318779A JP 2007318779 A JP2007318779 A JP 2007318779A JP 5006776 B2 JP5006776 B2 JP 5006776B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
adsorbent
passage
reforming catalyst
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007318779A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009137818A (en
Inventor
仁志 三上
淳 岩本
剛 本橋
真也 石丸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2007318779A priority Critical patent/JP5006776B2/en
Publication of JP2009137818A publication Critical patent/JP2009137818A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5006776B2 publication Critical patent/JP5006776B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

本発明は、燃料改質装置に関し、特に炭化水素燃料を改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを内燃機関の排気通路に供給することで排気を浄化する燃料改質装置に関する。   The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly to a fuel reformer that purifies exhaust gas by reforming hydrocarbon fuel to generate reformed gas and supplying the reformed gas to an exhaust passage of an internal combustion engine. .

水素エネルギーはクリーンなエネルギーであり、燃料電池や内燃機関などのエネルギー源として、将来的に利用の拡大が期待されている。内燃機関に関しては、水素エンジン、水素添加エンジン、水素を還元剤とするNOx浄化装置、及び燃料電池を用いた補助電源などについての研究がなされている。また、燃料電池自動車や家庭用燃料電池発電機における水素の供給源として、定置用の水素製造装置についての研究開発も盛んに行われている。   Hydrogen energy is clean energy and is expected to expand its use in the future as an energy source for fuel cells and internal combustion engines. Regarding internal combustion engines, research has been conducted on hydrogen engines, hydrogenated engines, NOx purification devices using hydrogen as a reducing agent, and auxiliary power sources using fuel cells. In addition, research and development have been actively conducted on stationary hydrogen production apparatuses as hydrogen supply sources in fuel cell vehicles and household fuel cell generators.

従来より、このような水素を製造する装置としては、炭化水素燃料(以下、単に「燃料」という)を改質することで水素を製造する改質触媒を備える燃料改質装置が提案されている。改質触媒における改質反応としては、例えば、次式に示すような炭化水素の部分酸化反応により、水素と一酸化炭素とを含むガスを製造する反応が知られている。
+1/2nO→nCO+1/2mH
Conventionally, as such an apparatus for producing hydrogen, a fuel reformer having a reforming catalyst for producing hydrogen by reforming a hydrocarbon fuel (hereinafter simply referred to as “fuel”) has been proposed. . As a reforming reaction in the reforming catalyst, for example, a reaction for producing a gas containing hydrogen and carbon monoxide by a partial oxidation reaction of hydrocarbon as shown in the following formula is known.
C n H m + 1 / 2nO 2 → nCO + 1 / 2mH 2

この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素の製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、次式に示すような燃焼反応も改質触媒において進行する。
+(n+1/4m)O→nCO+1/2mH
This partial oxidation reaction is an exothermic reaction using fuel and oxygen, and the reaction proceeds spontaneously. For this reason, once the reaction starts, it is possible to continue producing hydrogen without supplying heat from the outside. Further, in such a partial oxidation reaction, when fuel and oxygen coexist at a high temperature, a combustion reaction as shown in the following equation also proceeds in the reforming catalyst.
C n H m + (n + 1 / 4m) O 2 → nCO 2 + 1 / 2mH 2 O

改質反応としては、部分酸化反応の他、次式のような水蒸気改質反応も知られている。
+nHO→nCO+(n+1/2m)H
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。
As a reforming reaction, in addition to a partial oxidation reaction, a steam reforming reaction represented by the following formula is also known.
C n H m + nH 2 O → nCO + (n + 1 / 2m) H 2
This steam reforming reaction is an endothermic reaction using fuel and steam, and is not a reaction that proceeds spontaneously. For this reason, the steam reforming reaction is easily controlled with respect to the partial oxidation reaction described above.

ところで、燃料としてガソリンや軽油などの自動車用燃料を用い、改質触媒としてロジウムなどの貴金属を担持したものを用い、上述のような部分酸化反応や水蒸気改質反応を行う場合、水素収率を高くし、白煙すなわち未反応の炭化水素の排出量を低減するためには、改質触媒を800℃〜1000℃の活性化温度まで昇温する必要がある。これは、炭素価が大きくなるに従い分子サイズが大きくなり、炭化水素を分解するためにより大きなエネルギーを必要とするためである。   By the way, when the fuel for automobiles such as gasoline and light oil is used as the fuel, and the catalyst supporting the noble metal such as rhodium is used as the reforming catalyst, the hydrogen yield is reduced when performing the partial oxidation reaction or the steam reforming reaction as described above. In order to increase the emission amount of white smoke, that is, unreacted hydrocarbons, it is necessary to raise the temperature of the reforming catalyst to an activation temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. This is because as the carbon value increases, the molecular size increases and more energy is required to decompose the hydrocarbon.

特に燃料改質装置を始動させた直後においては、グロープラグやスパークプラグなどの過熱装置により改質触媒を加熱したとしても、上述のような活性化温度まで改質触媒を昇温することは困難である。そこで、始動直後であっても、未反応の炭化水素が排出されるのを防止することを目的として、以下のような複数の技術が提案されている。   In particular, immediately after starting the fuel reformer, even if the reforming catalyst is heated by an overheating device such as a glow plug or a spark plug, it is difficult to raise the temperature of the reforming catalyst to the activation temperature as described above. It is. Thus, the following techniques have been proposed for the purpose of preventing unreacted hydrocarbons from being discharged even immediately after startup.

例えば特許文献1には、上述の改質触媒に加えて酸化触媒を備え、さらに、始動直後においては、酸化触媒を局所的に加熱する燃料改質装置が示されている。この特許文献1の燃料改質装置によれば、酸化触媒により炭化水素の酸化を促進することで改質触媒の昇温性能を向上する。また、始動直後において酸化触媒を局所的に加熱することで、改質触媒の温度を、局所的ではあるが活性化温度まで速やかに昇温することが可能となる。   For example, Patent Document 1 discloses a fuel reformer that includes an oxidation catalyst in addition to the above-described reforming catalyst, and further locally heats the oxidation catalyst immediately after startup. According to the fuel reformer of Patent Document 1, the temperature raising performance of the reforming catalyst is improved by promoting the oxidation of hydrocarbons by the oxidation catalyst. Further, by locally heating the oxidation catalyst immediately after startup, the temperature of the reforming catalyst can be quickly raised to the activation temperature, albeit locally.

また、例えば特許文献2や特許文献3には、内燃機関の排気通路に、水素富化手段としての改質触媒、NOx浄化触媒、及び炭化水素を吸着するHCトラップ触媒を、上流側から順に設けた排気ガス浄化システムが提案されている。このシステムによれば、水素を含む排気を還元剤としてNOx浄化触媒に流入させることで、低温であっても効率的にNOxを浄化できる。また、システムの始動直後であって、改質触媒やNOx浄化触媒の温度が低い場合であっても、HCトラップ触媒で吸着することで、未反応の炭化水素が大気に排出されるのを抑制することができる。
特開2001−106512号公報 特開2007−132355号公報 特許第3642273号公報
Further, for example, in Patent Document 2 and Patent Document 3, a reforming catalyst as a hydrogen enriching means, a NOx purification catalyst, and an HC trap catalyst for adsorbing hydrocarbons are provided in order from the upstream side in the exhaust passage of the internal combustion engine. Exhaust gas purification systems have been proposed. According to this system, exhaust gas containing hydrogen is allowed to flow into the NOx purification catalyst as a reducing agent, so that NOx can be efficiently purified even at low temperatures. In addition, even when the temperature of the reforming catalyst or NOx purification catalyst is low immediately after the system is started, adsorption by the HC trap catalyst suppresses discharge of unreacted hydrocarbons to the atmosphere. can do.
JP 2001-106512 A JP 2007-132355 A Japanese Patent No. 3642273

しかしながら、以上のような特許文献1に示された燃料改質装置や、特許文献2,3に示された排気ガス浄化システムには、以下のような課題がある。   However, the fuel reformer disclosed in Patent Document 1 and the exhaust gas purification system disclosed in Patent Documents 2 and 3 have the following problems.

特許文献1の燃料改質装置では、改質触媒を活性化温度まで昇温する時間を短縮できるものの、改質触媒が活性化温度に達するまでの間に、未反応の炭化水素が排出するおそれがある。
また、この燃料改質装置は、酸化触媒を加熱するための暖気ガスの流束を制御するフラップ弁を備える。この燃料改質装置において、水素収率を向上したり、改質触媒の過度な昇温を防止したりするには、フラップ弁の開度と改質触媒における改質反応とを同調させる必要がある。しかしながら、改質反応は高速であり、改質反応とフラップ弁の開度とを同調するためには、フラップ弁を高速かつ高精度で制御する必要がある。したがって、燃料改質装置の構造が複雑なものとなるおそれがある。
In the fuel reformer of Patent Document 1, although the time for raising the temperature of the reforming catalyst to the activation temperature can be shortened, unreacted hydrocarbons may be discharged before the reforming catalyst reaches the activation temperature. There is.
The fuel reformer also includes a flap valve that controls the flow of warm air gas for heating the oxidation catalyst. In this fuel reformer, it is necessary to synchronize the opening degree of the flap valve and the reforming reaction in the reforming catalyst in order to improve the hydrogen yield or prevent excessive reforming of the reforming catalyst. is there. However, the reforming reaction is fast, and in order to synchronize the reforming reaction and the opening of the flap valve, it is necessary to control the flap valve at high speed and with high accuracy. Therefore, the structure of the fuel reformer may be complicated.

また、特許文献2及び特許文献3の排気ガス浄化システムでは、改質触媒は、内燃機関の排気通路に設けられる。このため、炭素が析出(コーキング)したり、溶損したりし、改質触媒が劣化するおそれがある。また、改質触媒における水素収率を向上するためには、炭化水素と酸素の混合比を精度よく調整する必要があるものの、この排気ガス浄化システムでは、改質触媒に、内燃機関から排出された排気を流入させるため、安定して水素収率を向上させることが困難である。   In the exhaust gas purification systems of Patent Document 2 and Patent Document 3, the reforming catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. For this reason, carbon may be deposited (coking) or melted down, and the reforming catalyst may be deteriorated. Further, in order to improve the hydrogen yield in the reforming catalyst, it is necessary to accurately adjust the mixing ratio of hydrocarbon and oxygen, but in this exhaust gas purification system, the reforming catalyst is discharged from the internal combustion engine. Therefore, it is difficult to improve the hydrogen yield stably.

本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、燃料を改質して改質ガスを製造し、この改質ガスを内燃機関の排気通路に供給する燃料改質装置であって、その始動直後から未反応の炭化水素が排気通路に排出するのを抑制できる燃料改質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-described points, and is a fuel reformer that reforms fuel to produce reformed gas and supplies the reformed gas to an exhaust passage of an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a fuel reformer that can prevent unreacted hydrocarbons from being discharged into the exhaust passage immediately after starting.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、燃料ガスを改質して改質ガスを製造し、この改質ガスを、内燃機関から排出された排気が流通する排気通路(4,5)に供給する燃料改質装置(50)において、前記排気通路にその一端側が接続されるガス通路(51)と、前記ガス通路の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段(52)と、前記ガス通路に設けられた燃料改質触媒(53)と、前記ガス通路のうち前記燃料改質触媒よりも下流側に設けられたHC吸着剤(54)と、を備え、前記ガス通路は、前記燃料改質触媒の下流側において、前記HC吸着剤を通過する通路(513)と、前記HC吸着剤を通過しない通路とを備え、前記燃料改質触媒の温度(T)が所定の判定温度(T)よりも低い場合には、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを、前記HC吸着剤を通過する通路に流通させ、前記燃料改質触媒の温度(T)が前記判定温度(T)以上である場合には、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを、前記HC吸着剤を通過しない通路に流通させるガス通路切換手段(40,514)を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is characterized in that a reformed fuel gas is produced to produce a reformed gas, and the reformed gas is passed through an exhaust passage (4, 4) through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine flows. In the fuel reformer (50) to be supplied to 5), a gas passage (51) whose one end is connected to the exhaust passage, and a fuel gas supply means (52) for supplying fuel gas from the other end of the gas passage ), A fuel reforming catalyst (53) provided in the gas passage, and an HC adsorbent (54) provided downstream of the fuel reforming catalyst in the gas passage, The passage includes a passage (513) that passes through the HC adsorbent and a passage that does not pass through the HC adsorbent on the downstream side of the fuel reforming catalyst, and the temperature (T 1 ) of the fuel reforming catalyst is If the predetermined judgment temperature (T R) is lower than, the When the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst is circulated through a passage passing through the HC adsorbent, and the temperature (T 1 ) of the fuel reforming catalyst is equal to or higher than the determination temperature (T R ) The gas passage switching means (40, 514) for allowing the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst to flow through a passage not passing through the HC adsorbent is provided.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料改質装置において、前記HC吸着剤を通過する通路において前記HC吸着剤の下流側から、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを供給することで、当該HC吸着剤に吸着した炭化水素を脱離する脱離処理手段(40,514,516)をさらに備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the fuel reformer of the first aspect, the reformer discharged from the fuel reforming catalyst from the downstream side of the HC adsorbent in a passage passing through the HC adsorbent. It further comprises desorption treatment means (40, 514, 516) for desorbing hydrocarbons adsorbed on the HC adsorbent by supplying gas.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の燃料改質装置において、前記HC吸着剤を通過する通路のうち前記HC吸着剤の上流側と、前記ガス通路のうち前記燃料改質触媒の上流側とを接続する還流通路(515)をさらに備え、前記脱離処理手段は、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスの一部を前記HC吸着剤の下流側から供給するとともに、当該HC吸着剤から脱離した炭化水素を、前記還流通路を介して前記燃料改質触媒に流入させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the fuel reformer of the second aspect, the upstream side of the HC adsorbent in the passage passing through the HC adsorbent and the fuel reforming catalyst in the gas passage. The desorption processing means supplies a part of the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst from the downstream side of the HC adsorbent. The hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent is caused to flow into the fuel reforming catalyst through the reflux passage.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の燃料改質装置において、前記脱離処理手段は、前記還流通路内に生じる負圧を利用して、前記HC吸着剤から脱離した炭化水素を前記燃料改質触媒に流入させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel reformer according to the third aspect, the desorption treatment means is a carbonization desorbed from the HC adsorbent using a negative pressure generated in the reflux passage. Hydrogen is allowed to flow into the fuel reforming catalyst.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の燃料改質装置において、前記燃料改質装置を始動してから前記燃料改質触媒が活性化温度に達するまでの時間を活性化温度到達時間とし、前記燃料改質装置を始動してから前記HC吸着剤が脱離温度に達するまでの時間を脱離温度到達時間とし、前記脱離温度到達時間は、前記活性化温度到達時間以上であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel reformer of the fourth aspect, the time from when the fuel reformer is started until the fuel reforming catalyst reaches the activation temperature is reached. The time from when the fuel reformer is started until the HC adsorbent reaches the desorption temperature is defined as the desorption temperature arrival time, and the desorption temperature arrival time is equal to or greater than the activation temperature arrival time. It is characterized by being.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の燃料改質装置において、前記燃料改質触媒は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む酸化物または複合酸化物と、を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the fuel reformer according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel reforming catalyst is at least selected from the group consisting of rhodium, platinum, palladium, nickel, and cobalt. It includes a metal component containing one kind and an oxide or composite oxide containing at least one kind selected from the group consisting of ceria, zirconia, alumina, and titania.

請求項7に記載の発明は、請求項1から6の何れかに記載の燃料改質装置において、前記HC吸着剤は、モルデナイト型、ZSM−5型、β型、及びY型よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む水素型ゼオライト、または、これら水素型ゼオライトに銀、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属をイオン交換したものを含むことを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the fuel reformer according to any one of claims 1 to 6, wherein the HC adsorbent is selected from the group consisting of mordenite type, ZSM-5 type, β type, and Y type. A hydrogen-type zeolite containing at least one selected from the above, or a hydrogen-type zeolite obtained by ion-exchange of silver, an alkali metal or an alkaline earth metal.

請求項1に記載の発明によれば、燃料改質触媒の温度が所定の判定温度よりも低い場合には、燃料改質触媒から排出された改質ガスは、HC吸着剤を介して排気通路に供給され、燃料改質触媒の温度が所定の判定温度以上である場合には、改質ガスは、HC吸着剤を介さずに排気通路に供給される。ここで、例えば、判定温度を燃料改質触媒の活性化温度にする。これにより、燃料改質触媒の温度が活性化温度より低く、改質ガスに未反応の炭化水素が含まれる場合であっても、この炭化水素をHC吸着剤で吸着することで、排気通路に炭化水素が排出されるのを防止できる。したがって、燃料改質触媒の温度にかかわらず、未反応の炭化水素を含まない改質ガスを、内燃機関の排気通路に供給することができる。   According to the first aspect of the present invention, when the temperature of the fuel reforming catalyst is lower than the predetermined determination temperature, the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst is exhausted through the HC adsorbent. When the temperature of the fuel reforming catalyst is equal to or higher than a predetermined determination temperature, the reformed gas is supplied to the exhaust passage without passing through the HC adsorbent. Here, for example, the determination temperature is set to the activation temperature of the fuel reforming catalyst. As a result, even when the temperature of the fuel reforming catalyst is lower than the activation temperature and unreacted hydrocarbons are included in the reformed gas, the hydrocarbons are adsorbed with the HC adsorbent to enter the exhaust passage. It is possible to prevent hydrocarbons from being discharged. Therefore, the reformed gas containing no unreacted hydrocarbon can be supplied to the exhaust passage of the internal combustion engine regardless of the temperature of the fuel reforming catalyst.

また、例えば、NOx浄化装置を排気通路に設けた場合には、上述のように燃料改質触媒の温度にかかわらず、未反応の炭化水素を含まない改質ガスを、還元ガスとしてNOx浄化装置に供給することが可能となる。これにより、内燃機関の始動直後であっても、排気に含まれるNOxを効率的に浄化できる。   Further, for example, when the NOx purification device is provided in the exhaust passage, the NOx purification device using the reformed gas not containing unreacted hydrocarbons as the reducing gas regardless of the temperature of the fuel reforming catalyst as described above. It becomes possible to supply to. Thereby, even immediately after the start of the internal combustion engine, NOx contained in the exhaust gas can be efficiently purified.

また、燃料改質触媒を、排気通路とは別のガス通路に設けることにより、炭素が析出したり溶損したりし、燃料改質触媒が劣化するのを防止できる。
また、燃料改質触媒を排気通路とは別のガス通路に設け、さらにこのガス通路の他端側から燃料ガス供給手段により燃料ガスを供給することにより、燃料改質触媒に供給する燃料ガスの燃料と空気の混合比を精度よく調整することが容易となる。これにより、燃料改質触媒における水素収率を安定して向上させることが容易になる。
Further, by providing the fuel reforming catalyst in a gas passage different from the exhaust passage, it is possible to prevent the fuel reforming catalyst from deteriorating due to carbon deposition or melting.
Further, the fuel reforming catalyst is provided in a gas passage different from the exhaust passage, and further, the fuel gas is supplied from the other end side of the gas passage by the fuel gas supply means, so that the fuel gas supplied to the fuel reforming catalyst is reduced. It becomes easy to accurately adjust the fuel / air mixing ratio. Thereby, it becomes easy to stably improve the hydrogen yield in the fuel reforming catalyst.

請求項2に記載の発明によれば、HC吸着剤に炭化水素を吸着させる際には、改質ガスはHC吸着剤を上流側から下流側へ向かって流通し、一方、吸着した炭化水素をHC吸着剤から脱離する際には、改質ガスはHC吸着剤を下流側から上流側へ向かって流通する。
ところで、HC吸着剤は、炭化水素を吸着する際における吸着熱により、上流側から下流側へ向かって順に昇温する。したがって、上述のように、下流側から上流側へ向かって改質ガスを流通させることにより、上流側に吸着した炭化水素を速やかに脱離することができる。
According to the invention of claim 2, when adsorbing hydrocarbons on the HC adsorbent, the reformed gas flows through the HC adsorbent from the upstream side to the downstream side, while the adsorbed hydrocarbon is removed. When desorbing from the HC adsorbent, the reformed gas flows through the HC adsorbent from the downstream side toward the upstream side.
By the way, the HC adsorbent is heated in order from the upstream side to the downstream side by the heat of adsorption when adsorbing hydrocarbons. Therefore, as described above, by allowing the reformed gas to flow from the downstream side toward the upstream side, the hydrocarbon adsorbed on the upstream side can be quickly desorbed.

請求項3に記載の発明によれば、HC吸着剤から脱離した未反応の炭化水素は、その下流側から供給された改質ガスとともに還流通路を介して燃料改質触媒に還流される。これにより、HC吸着剤で吸着した未反応の炭化水素を、燃料として再利用することができる。   According to the invention described in claim 3, the unreacted hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent is recirculated to the fuel reforming catalyst through the recirculation passage together with the reformed gas supplied from the downstream side. Thereby, the unreacted hydrocarbon adsorbed by the HC adsorbent can be reused as fuel.

またここで、HC吸着剤から炭化水素を脱離させる際には、燃料改質触媒から排出された改質ガスの一部が用いられる。すなわち、このような酸素を殆ど含まない改質ガスをHC吸着剤に供給して炭化水素を脱離することにより、炭化水素を脱離する際に、高温になったHC吸着剤において、未反応の炭化水素が燃焼してしまい、燃料として再利用できなくなるのを防止できる。   Here, when desorbing hydrocarbons from the HC adsorbent, part of the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst is used. That is, by supplying a reformed gas containing almost no oxygen to the HC adsorbent and desorbing hydrocarbons, when the hydrocarbons are desorbed, unreacted This prevents the hydrocarbons from burning and becoming unusable as fuel.

請求項4に記載の発明によれば、還流通路内に発生した負圧により、HC吸着剤から脱離した炭化水素を燃料改質触媒に流入させる。このように負圧を利用して炭化水素を流入させることにより、例えば、加圧ポンプを利用して、脱離した炭化水素を圧送した場合と比較して、エネルギーの消費を抑制することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent is caused to flow into the fuel reforming catalyst due to the negative pressure generated in the reflux passage. By flowing hydrocarbons using negative pressure in this way, for example, energy consumption can be suppressed as compared to the case where pressurized hydrocarbons are pumped using a pressure pump. .

請求項5に記載の発明によれば、燃料改質触媒の温度が活性化温度に達した後に、HC吸着剤の温度が脱離温度に達する。すなわち、HC吸着剤の温度が脱離温度に達し、吸着した炭化水素を脱離する時には、燃料改質触媒の温度は、必ず活性化温度に達している。これにより、HC吸着剤を脱離しながらであっても、改質ガスを排気通路に供給し続けることが可能となる。   According to the invention described in claim 5, after the temperature of the fuel reforming catalyst reaches the activation temperature, the temperature of the HC adsorbent reaches the desorption temperature. That is, when the temperature of the HC adsorbent reaches the desorption temperature and the adsorbed hydrocarbon is desorbed, the temperature of the fuel reforming catalyst always reaches the activation temperature. As a result, it is possible to continue supplying the reformed gas to the exhaust passage even while desorbing the HC adsorbent.

請求項6に記載の発明によれば、燃料改質触媒を耐熱性に優れたものにし、これにより効率的に改質ガスを生成することができる。つまり、部分酸化反応を効率的に行うには燃料改質触媒を高温にする必要があるが、上述の酸化物を含めることにより、燃料改質触媒を約1000℃まで加熱することができる。また、反応中に発生するHO、H、及びCOが存在しても、改質性能が損なわれることがない。 According to the sixth aspect of the present invention, the fuel reforming catalyst is excellent in heat resistance, and thereby the reformed gas can be generated efficiently. That is, in order to efficiently perform the partial oxidation reaction, it is necessary to raise the temperature of the fuel reforming catalyst, but by including the above-mentioned oxide, the fuel reforming catalyst can be heated to about 1000 ° C. Further, even if H 2 O, H 2 and CO 2 generated during the reaction are present, the reforming performance is not impaired.

請求項7に記載の発明によれば、燃料改質装置の始動直後であっても、未反応の炭化水素を効率よく吸着できる。ところで、高炭素数の炭化水素を吸着するには、0.5nm以上の孔径を有するゼオライトを用いることが好ましい。請求項7に記載の発明によれば、HC吸着剤には、このような条件を満たすゼオライトが用いられるため、特に始動直後において、高炭素数の炭化水素を多く含む未反応の炭化水素が排出される場合であっても、これを効率的に吸着することが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, unreacted hydrocarbons can be adsorbed efficiently even immediately after the start of the fuel reformer. By the way, in order to adsorb hydrocarbons having a high carbon number, it is preferable to use zeolite having a pore diameter of 0.5 nm or more. According to the invention described in claim 7, since zeolite satisfying such conditions is used for the HC adsorbent, unreacted hydrocarbons containing a large amount of high carbon number hydrocarbons are discharged particularly immediately after starting. Even in this case, it can be efficiently adsorbed.

また、水素型ゼオライトを用いることにより、酸強度を向上し、HC吸着剤の化学吸着能を向上することができる。これにより、HC吸着剤において炭化水素を吸着保持できる温度をさらに高くできる。
また、水素型ゼオライトに、銀、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属をイオン交換したものを用いることにより、HC吸着剤の化学吸着能をさらに向上することができる。これにより、HC吸着剤において炭化水素を吸着保持できる温度をさらに高くできる。
Further, by using hydrogen-type zeolite, the acid strength can be improved and the chemical adsorption ability of the HC adsorbent can be improved. Thereby, the temperature at which hydrocarbons can be adsorbed and retained in the HC adsorbent can be further increased.
Moreover, the chemical adsorption ability of the HC adsorbent can be further improved by using hydrogen-type zeolite obtained by ion exchange of silver, alkali metal, or alkaline earth metal. Thereby, the temperature at which hydrocarbons can be adsorbed and retained in the HC adsorbent can be further increased.

図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1は、各気筒7内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into each cylinder 7, and each cylinder 7 is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 40.

エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4と、排気管4内の排気の一部を吸気管2に還流する排気還流通路6と、吸気管2に吸気を圧送する過給機8とが設けられている。   The engine 1 includes an intake pipe 2 through which intake air circulates, an exhaust pipe 4 through which exhaust gas circulates, an exhaust gas recirculation passage 6 that recirculates part of the exhaust gas in the exhaust pipe 4 to the intake pipe 2, and intake air into the intake pipe 2. And a supercharger 8 for pressure-feeding.

吸気管2は、吸気マニホールド3の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。排気還流通路6は、排気マニホールド5から分岐し吸気マニホールド3に至る。   The intake pipe 2 is connected to the intake port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the intake manifold 3. The exhaust pipe 4 is connected to the exhaust port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the exhaust manifold 5. The exhaust gas recirculation passage 6 branches from the exhaust manifold 5 and reaches the intake manifold 3.

過給機8は、排気管4に設けられた図示しないタービンと、吸気管2に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。   The supercharger 8 includes a turbine (not shown) provided in the exhaust pipe 4 and a compressor (not shown) provided in the intake pipe 2. The turbine is driven by the kinetic energy of the exhaust flowing through the exhaust pipe 4. The compressor is rotationally driven by the turbine, pressurizes the intake air, and pumps it into the intake pipe 2. The turbine includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotation speed (rotational speed) by changing the opening of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine is electromagnetically controlled by the ECU 40.

吸気管2内の過給機8下流には、加圧された空気を冷却するためのインタークーラ11や、吸入空気量を制御するスロットル弁12が設けられている。スロットル弁12は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。   An intercooler 11 for cooling the pressurized air and a throttle valve 12 for controlling the amount of intake air are provided downstream of the supercharger 8 in the intake pipe 2. The throttle valve 12 is connected to the ECU 40 via an actuator, and its opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

排気還流通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路6には、還流される排気を冷却するEGRクーラ21と、還流する排気の流量を制御するEGR弁20と、が設けられている。EGR弁20は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。   The exhaust gas recirculation passage 6 connects the exhaust manifold 5 and the intake manifold 3 and recirculates part of the exhaust discharged from the engine 1. The exhaust gas recirculation passage 6 is provided with an EGR cooler 21 that cools the exhaust gas that is recirculated and an EGR valve 20 that controls the flow rate of the recirculated exhaust gas. The EGR valve 20 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the valve opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

排気管4には、排気を浄化する排気コンバータが設けられている。この排気コンバータは、触媒コンバータ31と、粒子状物質捕集装置(以下「DPF」(Diesel Particulate Filter)という)32と、NOx浄化装置33とを含んで構成され、排気管4に上流側から、触媒コンバータ31、DPF32、NOx浄化装置33の順で設けられている。   The exhaust pipe 4 is provided with an exhaust converter that purifies the exhaust. The exhaust converter includes a catalytic converter 31, a particulate matter collection device (hereinafter referred to as “DPF” (Diesel Particulate Filter)) 32, and a NOx purification device 33, and is connected to the exhaust pipe 4 from the upstream side. The catalytic converter 31, the DPF 32, and the NOx purification device 33 are provided in this order.

触媒コンバータ31は、酸化触媒を内蔵し、この触媒と排気との反応により排気を浄化するとともに、排気を昇温する。より具体的には、触媒コンバータ31は、例えば、触媒として作用する白金(Pt)を、アルミナ(Al)担体に担持させたものに、炭化水素(HC)の吸着作用に優れたゼオライトと、HCの水蒸気改質作用に優れたロジウム(Rh)を加えた酸化触媒を内蔵する。 The catalytic converter 31 incorporates an oxidation catalyst, purifies the exhaust by a reaction between the catalyst and the exhaust, and raises the temperature of the exhaust. More specifically, the catalytic converter 31 is, for example, a zeolite excellent in hydrocarbon (HC) adsorption action on platinum (Pt) acting as a catalyst supported on an alumina (Al 2 O 3 ) support. And an oxidation catalyst containing rhodium (Rh), which is excellent in the steam reforming action of HC.

DPF32は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするパティキュレートとしてのスート(soot)を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)などのセラミックスや金属多孔体が使用される。   When the exhaust gas passes through fine holes in the filter wall, the DPF 32 deposits soot as particulates mainly composed of carbon in the exhaust gas on the surface of the filter wall and the holes in the filter wall. Collect. As a constituent material of the filter wall, for example, ceramics such as silicon carbide (SiC) or a porous metal body is used.

NOx浄化装置33は、アルミナ(Al)、セリア(CeO)、及びセリウムと希土類の複合酸化物(以下、「セリア系複合酸化物」という)の担体に担持された、触媒として作用する白金(Pt)と、NOx吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、排気中のアンモニア(NH)を、アンモニウムイオン(NH )として保持する機能を有するゼオライトとを備える。 The NOx purification device 33 acts as a catalyst supported on a support of alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), and a composite oxide of cerium and rare earth (hereinafter referred to as “ceria-based composite oxide”). Platinum (Pt), a ceria or ceria-based composite oxide having NOx adsorption capability, and a zeolite having a function of holding ammonia (NH 3 ) in the exhaust as ammonium ions (NH 4 + ).

NOx浄化装置33の吸着アンモニア量が少なくなると、NOxの浄化能力が低下するので、適宜NOxを還元するために、NOx浄化装置33への還元剤の供給(以下「還元化」という)が行われる。この還元化では、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁による吸入空気量の減量とによって燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側にすることにより、還元剤をNOx浄化装置33に供給する。すなわち、空燃比をリッチ化することにより、NOx浄化装置33へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。   When the amount of adsorbed ammonia in the NOx purifying device 33 decreases, the NOx purifying ability decreases. Therefore, in order to appropriately reduce NOx, a reducing agent is supplied to the NOx purifying device 33 (hereinafter referred to as “reduction”). . In this reduction, the reducing agent is reduced by making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber richer than the stoichiometric air-fuel ratio by increasing the amount of fuel injected from the fuel injection valve and decreasing the amount of intake air by the throttle valve. The NOx purification device 33 is supplied. That is, by enriching the air-fuel ratio, the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 33 becomes higher than the oxygen concentration, and reduction is executed.

このNOx浄化装置33におけるNOxの浄化について説明する。
先ず、エンジン1で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、NOx浄化装置33へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素(NO)と酸素(O)とが触媒の作用で反応し、NOとしてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。
The NOx purification in the NOx purification device 33 will be described.
First, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the engine 1 is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so-called lean burn operation is performed, the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 33 is lower than the oxygen concentration. Become. As a result, nitrogen monoxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with each other by the action of the catalyst, and are adsorbed as NO 2 on the ceria or ceria-based composite oxide. In addition, carbon monoxide (CO) that has not reacted with oxygen is also adsorbed to ceria or ceria-based composite oxide.

次に、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素(CO)が水(HO)と反応して、二酸化炭素(CO)と水素(H)が生成され、また排気中の炭化水素(HC)が水と反応して、一酸化炭素(CO)及び二酸化炭素(CO)とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるNOx、及びセリアもしくはセリア系複合酸化物(及び白金)に吸着されているNOx(NO,NO)と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア(NH)及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン(NH )の形でゼオライトに吸着される。 Next, when reduction is performed to make the reducing agent concentration in the exhaust gas higher than the oxygen concentration, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas reacts with water (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) is generated, and the hydrocarbon (HC) in the exhaust gas reacts with water to generate hydrogen together with carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, NOx contained in the exhaust gas, NOx (NO, NO 2 ) adsorbed on ceria or ceria-based complex oxide (and platinum), and the produced hydrogen react with each other by the action of the catalyst, and ammonia (NH 3 ) and water are produced. Further, the ammonia generated here is adsorbed on the zeolite in the form of ammonium ions (NH 4 + ).

次に、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、NOx浄化装置33へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアもしくはセリア系複合酸化物にNOxが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のNOx及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素(N)と水が生成される。 Next, when lean burn operation is performed in which the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 33 is set to be lower than the oxygen concentration, the ceria or ceria-based composite NOx is adsorbed on the oxide. Further, when ammonium ions are adsorbed on the zeolite, NOx and oxygen in the exhaust gas react with ammonia to generate nitrogen (N 2 ) and water.

このように、NOx浄化装置33によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがNOxと反応するので、NOxの浄化を効率よく行うことができる。   Thus, according to the NOx purification device 33, ammonia generated during the supply of the reducing agent is adsorbed by the zeolite, and the ammonia adsorbed during the lean burn operation reacts with NOx, so that the NOx purification can be performed efficiently. Can do.

また、排気管4のうちDPF32とNOx浄化装置33との間には、燃料ガスを改質して、水素(H)及び一酸化炭素(CO)を含む改質ガスを製造し、この改質ガスを還元ガスとして排気管4に供給する燃料改質装置50が接続されている。 Further, between the DPF 32 and the NOx purification device 33 in the exhaust pipe 4, the fuel gas is reformed to produce a reformed gas containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). A fuel reformer 50 is connected to supply the quality gas as the reducing gas to the exhaust pipe 4.

図2は、燃料改質装置50の構成を示すブロック図である。
燃料改質装置50は、排気管4にその一端側が接続されたガス通路51と、このガス通路51の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段としての燃料ガス供給装置52と、ガス通路51に設けられた燃料改質触媒としての改質触媒53と、ガス通路51のうち改質触媒53の下流側に設けられたHC吸着剤54と、を含んで構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel reformer 50.
The fuel reformer 50 includes a gas passage 51 having one end connected to the exhaust pipe 4, a fuel gas supply device 52 as a fuel gas supply means for supplying fuel gas from the other end of the gas passage 51, a gas A reforming catalyst 53 as a fuel reforming catalyst provided in the passage 51 and an HC adsorbent 54 provided on the downstream side of the reforming catalyst 53 in the gas passage 51 are configured.

燃料ガス供給装置52は、燃料タンクに貯留された燃料と、コンプレッサにより供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスをガス通路51に供給する。この燃料ガス供給装置52は、ECU40に接続されており、燃料ガスの供給量及びその混合比は、ECU40により制御される。   The fuel gas supply device 52 mixes fuel stored in the fuel tank and air supplied by the compressor at a predetermined ratio to produce fuel gas, and supplies the fuel gas to the gas passage 51. The fuel gas supply device 52 is connected to the ECU 40, and the fuel gas supply amount and the mixing ratio thereof are controlled by the ECU 40.

ガス通路51のうち、改質触媒53の上流側は、燃料ガス供給装置52から供給された燃料ガスが流通する燃料ガス通路511となっており、改質触媒53の下流側は、改質触媒53で製造された改質ガスが流通する改質ガス通路512となっている。   Of the gas passage 51, the upstream side of the reforming catalyst 53 is a fuel gas passage 511 through which the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 52 flows, and the downstream side of the reforming catalyst 53 is the reforming catalyst. Thus, the reformed gas passage 512 through which the reformed gas produced in 53 is circulated.

改質ガス通路512には、この改質ガス通路512の上流側と下流側とを接続する吸着通路513が設けられている。この吸着通路513には、HC吸着剤54が設けられている。   The reformed gas passage 512 is provided with an adsorption passage 513 that connects the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage 512. An HC adsorbent 54 is provided in the adsorption passage 513.

また、この吸着通路513と改質ガス通路512の上流側の接続部には、改質触媒53から排出された改質ガスが流通する通路を、HC吸着剤54を通過する吸着通路513と、HC吸着剤54を通過しない改質ガス通路512と、で切り換える三方弁514が設けられている。この三方弁514は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。   In addition, the upstream side of the adsorption passage 513 and the reformed gas passage 512 has a passage through which the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 flows, an adsorption passage 513 that passes through the HC adsorbent 54, and A three-way valve 514 that switches between the reformed gas passage 512 that does not pass through the HC adsorbent 54 is provided. The three-way valve 514 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

また、ガス通路51には、吸着通路513のうちHC吸着剤54の上流側と、燃料ガス通路511のうち改質触媒53の上流側とを接続する還流通路515が設けられている。この還流通路515には、還流通路515を開閉する負圧制御弁516が設けられている。すなわち、燃料ガス供給装置52により、燃料ガス通路511に燃料ガスを供給すると、還流通路515内に負圧が発生し、還流通路515内において、吸着通路513側から燃料ガス通路511側へ向けてガスが流通する。負圧制御弁516は、このような負圧の発生により流通するガスの流量を調整する。この負圧制御弁516は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により制御される。   The gas passage 51 is provided with a reflux passage 515 that connects the upstream side of the HC adsorbent 54 in the adsorption passage 513 and the upstream side of the reforming catalyst 53 in the fuel gas passage 511. The reflux passage 515 is provided with a negative pressure control valve 516 that opens and closes the reflux passage 515. That is, when the fuel gas is supplied to the fuel gas passage 511 by the fuel gas supply device 52, a negative pressure is generated in the recirculation passage 515, and in the recirculation passage 515, from the adsorption passage 513 side to the fuel gas passage 511 side. Gas circulates. The negative pressure control valve 516 adjusts the flow rate of the gas that flows through the generation of such a negative pressure. The negative pressure control valve 516 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the opening degree is controlled by the ECU 40.

改質触媒53は、燃料ガス供給装置52から供給された燃料ガスを改質し、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを製造する触媒である。より具体的には、この改質触媒53は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む酸化物または複合酸化物と、を含む。   The reforming catalyst 53 is a catalyst that reforms the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 52 to produce a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide. More specifically, the reforming catalyst 53 includes a metal component containing at least one selected from the group consisting of rhodium, platinum, palladium, nickel, and cobalt, and a group consisting of ceria, zirconia, alumina, and titania. And an oxide or composite oxide containing at least one selected.

本実施形態では、この改質触媒53として、セリア及びロジウムの粉末を、セリアに対するロジウムの質量比が1%となるように秤量し、この粉末を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをコーディエライト製の担体にコーティングした後、これを600℃で2時間に亘り乾燥・焼成して調製されたものを用いる。   In the present embodiment, as the reforming catalyst 53, ceria and rhodium powder are weighed so that the mass ratio of rhodium to ceria is 1%, and this powder is put into a ball mill together with an aqueous medium and stirred and mixed. Thus, a slurry prepared by coating a slurry of cordierite on a support made of cordierite, and then drying and firing at 600 ° C. for 2 hours is used.

また、この改質触媒53には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質装置50の始動とともに、改質触媒53を加熱することが可能となっている。   The reforming catalyst 53 is connected to a heater (not shown) configured to include a glow plug, a spark plug, and the like, so that the reforming catalyst 53 can be heated when the fuel reformer 50 is started. It is possible.

HC吸着剤54は、改質触媒53により製造された改質ガスに含まれる未反応の炭化水素を吸着する。より具体的には、このHC吸着剤54は、モルデナイト型、ZSM−5型、β型、及びY型よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む水素型ゼオライト、または、これら水素型ゼオライトに銀、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属をイオン交換したものを含む。   The HC adsorbent 54 adsorbs unreacted hydrocarbons contained in the reformed gas produced by the reforming catalyst 53. More specifically, the HC adsorbent 54 is a hydrogen-type zeolite containing at least one selected from the group consisting of mordenite type, ZSM-5 type, β-type, and Y-type, or silver particles in these hydrogen-type zeolites. And those obtained by ion exchange of alkali metals or alkaline earth metals.

本実施形態では、HC吸着剤54として、ZSM−5型の水素型ゼオライト(SiO/Al=40)の粉末を、20質量%のシリカゾル水溶液に、ゼオライト質量に対し50質量%となる様に加えたものを、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをコーディエライト製の担体にコーティングした後、これを500℃で2時間に亘り乾燥・焼成して調製されたものを用いる。 In the present embodiment, as the HC adsorbent 54, a ZSM-5 type hydrogen zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 40) powder is added to a 20 mass% silica sol aqueous solution to 50 mass% with respect to the zeolite mass. The slurry was added to a ball mill with an aqueous medium and stirred and mixed to prepare a slurry. After coating the slurry on a cordierite carrier, this was applied at 500 ° C. for 2 hours. Use one prepared by drying and firing.

以上のような燃料改質装置50では、改質触媒53やHC吸着剤54などの構成、及び配置は、脱離温度到達時間が活性化温度到達時間以上となるように設計される。ここで、活性化温度到達時間は、燃料改質装置50を始動してから改質触媒53が活性化温度Tに達するまでの時間であり、脱離温度到達時間は、燃料改質装置50を始動してからHC吸着剤54が脱離温度THCに達するまでの時間とする。 In the fuel reformer 50 as described above, the configuration and arrangement of the reforming catalyst 53, the HC adsorbent 54, and the like are designed such that the desorption temperature arrival time is equal to or greater than the activation temperature arrival time. Here, the activation temperature attainment time is the time after starting the fuel reformer 50 to the reforming catalyst 53 reaches the activation temperature T R, desorption temperature arrival time, fuel reformer 50 Is the time from when the HC adsorbent 54 reaches the desorption temperature THC .

また、以上のような燃料改質装置50では、燃料ガス供給装置52により燃料ガスを供給しながら、三方弁514及び負圧制御弁516を制御することで、改質触媒53で製造された改質ガスの流路を、複数の態様で切り換えることが可能となっている。   In the fuel reformer 50 as described above, the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 52 is controlled while the three-way valve 514 and the negative pressure control valve 516 are controlled, so that the reformer manufactured by the reforming catalyst 53 is improved. The flow path of the quality gas can be switched in a plurality of modes.

図3は、燃料改質装置50の構成を示すブロック図であり、改質ガスの流路を示す図である。この図3では、燃料改質装置50のガス通路51のうち、改質ガスが主に流通する通路を実線で示し、改質ガスが流通しないか、または殆ど流通しない通路を破線で示す。図3の(a)、(b)、及び(c)に示すように、燃料改質装置50では、主に3つの異なる態様で、改質ガスの流路を形成することができる。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the fuel reformer 50, and shows the flow path of the reformed gas. In FIG. 3, among the gas passages 51 of the fuel reformer 50, a passage through which the reformed gas mainly circulates is indicated by a solid line, and a passage through which the reformed gas does not circulate or hardly circulates is indicated by a broken line. As shown in FIGS. 3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C, in the fuel reformer 50, the reformed gas flow path can be formed mainly in three different modes.

図3の(a)は、改質ガスがHC吸着剤54を通過せずに排気管4に至る流路を示す。図3の(a)に示す流路は、三方弁514を制御して、改質触媒53から排出された改質ガスが流通する通路を、HC吸着剤54を通過しない改質ガス通路512にすることで形成される。なお、この図3の(a)に示す改質ガスの流路を、以下では改質ラインという。
また、このような改質ラインを形成する場合、負圧制御弁516を制御して、還流通路515を基本的には閉じた状態にする。
FIG. 3A shows a flow path where the reformed gas reaches the exhaust pipe 4 without passing through the HC adsorbent 54. The flow path shown in FIG. 3A controls the three-way valve 514 so that the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 flows into a reformed gas path 512 that does not pass through the HC adsorbent 54. It is formed by doing. The reformed gas flow path shown in FIG. 3A is hereinafter referred to as a reforming line.
When such a reforming line is formed, the negative pressure control valve 516 is controlled so that the reflux passage 515 is basically closed.

図3の(b)は、改質ガスがHC吸着剤54を通過して排気管4に至る流路を示す。図3の(b)に示す流路は、三方弁514を制御して、改質触媒53から排出された改質ガスが流通する通路を、HC吸着剤54を通過する吸着通路513にすることで形成される。なお、この図3の(b)に示す改質ガスの流路を、以下では吸着ラインという。
また、このような吸着ラインを形成する場合、負圧制御弁516を制御して、還流通路515を基本的には閉じた状態にする。
FIG. 3B shows a flow path through which the reformed gas passes through the HC adsorbent 54 and reaches the exhaust pipe 4. The flow path shown in FIG. 3B controls the three-way valve 514 so that the passage through which the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 flows becomes an adsorption passage 513 that passes through the HC adsorbent 54. Formed with. The reformed gas flow path shown in FIG. 3B is hereinafter referred to as an adsorption line.
When such an adsorption line is formed, the negative pressure control valve 516 is controlled so that the reflux passage 515 is basically closed.

図3の(c)は、改質ガスがHC吸着剤54を介して還流する流路を示す。図3の(c)に示す流路は、三方弁514を制御して、改質触媒53から排出された改質ガスが流通する通路を、改質ガス通路512にするとともに、負圧制御弁516を制御して、還流通路515を開くことで形成される。   FIG. 3C shows a flow path through which the reformed gas recirculates through the HC adsorbent 54. The flow path shown in FIG. 3C controls the three-way valve 514 to change the passage through which the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 flows into the reformed gas passage 512, and a negative pressure control valve. It is formed by controlling 516 and opening the reflux passage 515.

より具体的には、燃料ガス供給装置52により燃料ガス通路511に燃料ガスを供給することにより、還流通路515内には負圧が発生する。そこで、負圧制御弁516を制御して、還流通路515を開くことにより、図3の(c)に示すような改質ガスの流路が形成される。   More specifically, when the fuel gas is supplied to the fuel gas passage 511 by the fuel gas supply device 52, a negative pressure is generated in the recirculation passage 515. Therefore, by controlling the negative pressure control valve 516 and opening the reflux passage 515, a reformed gas flow path as shown in FIG. 3C is formed.

これにより、改質触媒53から排出された改質ガスのうち、一部は改質ガス通路512を介して排気管4に至る。また、残りの改質ガスは、吸着通路513の下流側(排気管4側)からHC吸着剤54を通過し、還流通路515を介して燃料ガス通路511(改質触媒53の上流側)に還流される。なお、この図3の(c)に示す改質ガスの流路を、以下では還流ラインという。   Thereby, a part of the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 reaches the exhaust pipe 4 via the reformed gas passage 512. Further, the remaining reformed gas passes through the HC adsorbent 54 from the downstream side of the adsorption passage 513 (exhaust pipe 4 side) and enters the fuel gas passage 511 (upstream side of the reforming catalyst 53) via the reflux passage 515. Refluxed. The reformed gas flow path shown in FIG. 3C is hereinafter referred to as a reflux line.

図1に戻って、ECU40には、改質触媒53の温度Tを検出する改質触媒温度センサ531、及びHC吸着剤54の温度Tを検出する吸着剤温度センサ541が接続されており、これらセンサの検出信号はECU40に供給される。 Returning to FIG. 1, the ECU 40 is connected with a reforming catalyst temperature sensor 531 for detecting the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 and an adsorbent temperature sensor 541 for detecting the temperature T 2 of the HC adsorbent 54. The detection signals of these sensors are supplied to the ECU 40.

ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料ガス供給装置52、三方弁514、負圧制御弁516などに制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, “ CPU ”). In addition, the ECU 40 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, an output circuit that outputs control signals to the fuel gas supply device 52, the three-way valve 514, the negative pressure control valve 516, and the like. Is provided.

図4は、ECUによる燃料改質装置の制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される燃料改質装置の制御は、イグニッションがオンにされたことに基づいて開始する。なお、この図4に示すフローチャートでは、イグニッションをオンにしてから、HC吸着剤に吸着した炭化水素を脱離する脱離処理を行うまでの手順のみを示す。   FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of the fuel reformer by the ECU. The control of the fuel reformer shown in this flowchart is started based on the ignition being turned on. In the flowchart shown in FIG. 4, only the procedure from when the ignition is turned on until the desorption process for desorbing the hydrocarbons adsorbed on the HC adsorbent is shown.

ステップS1では、加熱ヒータをオンにし、改質触媒の加熱を開始し、ステップS2に移る。ステップS2では、改質触媒温度センサからの出力に基づいて改質触媒温度Tを取得し、ステップS3に移る。ステップS3では、改質触媒温度Tが改質触媒の所定の燃焼開始温度T以上であるか否かを判別する。この判別がYESである場合には、ステップS4に移り、NOである場合には、ステップS2に移る。 In step S1, the heater is turned on to start heating the reforming catalyst, and the process proceeds to step S2. In step S2, and it acquires the reforming catalyst temperature T 1 of based on the output from the reforming catalyst temperature sensor, the flow proceeds to step S3. In step S3, the reforming catalyst temperature T 1 is determined whether a predetermined combustion initiation temperature T 0 or more of the reforming catalyst. If this determination is YES, the process proceeds to step S4, and if NO, the process proceeds to step S2.

ステップS4では、改質触媒温度Tが燃焼開始温度T以上となったことに応じて、燃料ガスの供給を開始し、ステップS5に移る。ステップS5では、三方弁を制御して、改質触媒から排出される改質ガスの流路を吸着ラインにし(上述の図3の(b)参照)、ステップS6に移る。これにより、改質触媒から排出された改質ガスは、HC吸着剤を介して排気管に供給される。 In step S4, in response to the reforming catalyst temperature T 1 is now the combustion start temperature T 0 or more, to start the supply of the fuel gas, the flow proceeds to step S5. In step S5, the three-way valve is controlled so that the flow path of the reformed gas discharged from the reforming catalyst becomes an adsorption line (see (b) of FIG. 3 described above), and the process proceeds to step S6. As a result, the reformed gas discharged from the reforming catalyst is supplied to the exhaust pipe via the HC adsorbent.

ステップS6では、改質触媒温度センサからの出力に基づいて改質触媒温度Tを取得し、ステップS7に移る。ステップS7では、改質触媒温度Tが改質触媒の所定の活性化温度T以上であるか否かを判別する。この判別がYESである場合には、ステップS8に移り、NOである場合には、ステップS6に移る。 In step S6, it obtains the reforming catalyst temperature T 1 of based on the output from the reforming catalyst temperature sensor, the flow proceeds to step S7. In step S7, the reforming catalyst temperature T 1 is determined whether a predetermined activation temperature T R above reforming catalyst. If this determination is YES, the process proceeds to step S8, and if NO, the process proceeds to step S6.

ステップS8では、改質触媒温度Tが活性化温度T以上となったことに応じて、三方弁を制御して、改質触媒から排出される改質ガスの流路を改質ラインにし(上述の図3の(a)参照)、ステップS9に移る。これにより、改質触媒から排出された改質ガスは、HC吸着剤を介さずに排気管に供給される。 In step S8, in response to the reforming catalyst temperature T 1 is equal to or larger than the activation temperature T R, and controls the three-way valve, the flow path of the reformed gas discharged from the reforming catalyst and the reforming line (See (a) of FIG. 3 described above), the process proceeds to step S9. Thereby, the reformed gas discharged from the reforming catalyst is supplied to the exhaust pipe without passing through the HC adsorbent.

ステップS9では、吸着剤温度センサからの出力に基づいてHC吸着剤温度Tを取得し、ステップS10に移る。ステップS10では、HC吸着剤温度TがHC吸着剤の所定のHC脱離温度THC以上であるか否かを判別する。この判別がYESである場合には、ステップS11に移り、NOである場合には、ステップS9に移る。 In step S9, it obtains the HC adsorbent temperature T 2 on the basis of the output from the adsorbent temperature sensor, the flow proceeds to step S10. In step S10, the HC absorbent temperature T 2 is determined whether a predetermined HC desorption temperature T HC or more HC adsorbent. If this determination is YES, the process proceeds to step S11, and if NO, the process proceeds to step S9.

ステップS11では、HC吸着剤温度TがHC脱離温度THC以上となったことに応じて、HC吸着剤のHC脱離処理を開始する。より具体的には、三方弁及び負圧制御弁を制御して、改質触媒から排出される改質ガスの流路を還流ラインにし(上述の図3の(c)参照)、改質ガスの一部をHC吸着剤の下流側から供給する。これにより、HC吸着剤から脱離した炭化水素は、還流通路を介して改質触媒に流入し、この改質触媒において燃料として再利用される。 In step S11, in response to the HC adsorbent temperature T 2 is equal to or larger than HC desorption temperature T HC, starts HC desorption processing of the HC adsorbent. More specifically, the three-way valve and the negative pressure control valve are controlled so that the flow path of the reformed gas discharged from the reforming catalyst becomes a recirculation line (see (c) in FIG. 3 above), and the reformed gas A part of is supplied from the downstream side of the HC adsorbent. As a result, hydrocarbons desorbed from the HC adsorbent flow into the reforming catalyst via the reflux passage and are reused as fuel in the reforming catalyst.

本実施形態では、三方弁514と、この三方弁514を制御するECU40が、ガス通路切換手段を構成する。また、三方弁514及び負圧制御弁516と、これら三方弁514及び負圧制御弁516を制御するECU40が、脱離処理手段を構成する。具体的には、図4のステップS5〜S8に係る手段がガス通路切換手段に相当し、図4のステップS11に係る手段が脱離処理手段に相当する。   In the present embodiment, the three-way valve 514 and the ECU 40 that controls the three-way valve 514 constitute a gas passage switching means. Further, the three-way valve 514 and the negative pressure control valve 516 and the ECU 40 that controls the three-way valve 514 and the negative pressure control valve 516 constitute a desorption processing means. Specifically, the means according to steps S5 to S8 in FIG. 4 corresponds to the gas passage switching means, and the means according to step S11 in FIG. 4 corresponds to the desorption processing means.

以上詳述したように、本実施形態によれば、改質触媒53の温度Tが所定の活性化温度Tよりも低い場合には、改質触媒53から排出された改質ガスは、HC吸着剤54を介して排気管4に供給され、改質触媒53の温度Tが所定の活性化温度T以上である場合には、改質ガスは、HC吸着剤54を介さずに排気管4に供給される。これにより、改質触媒53の温度Tが活性化温度Tより低く、改質ガスに未反応の炭化水素が含まれる場合であっても、この炭化水素をHC吸着剤54で吸着することで、排気管4に炭化水素が排出されるのを防止できる。したがって、改質触媒53の温度Tにかかわらず、未反応の炭化水素を含まない改質ガスを、排気管4に供給することができる。 As described above in detail, according to this embodiment, when the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 is lower than a predetermined activation temperature T R is the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53, it is supplied to the exhaust pipe 4 through the HC adsorbent 54, when the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 is the predetermined activation temperature T R above, reformed gas, without passing through the HC adsorbent 54 It is supplied to the exhaust pipe 4. It Thereby, the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 is lower than the activation temperature T R, even if it contains unreacted hydrocarbon in the reformed gas, which adsorbs the hydrocarbons in the HC absorbent 54 Thus, hydrocarbons can be prevented from being discharged into the exhaust pipe 4. Therefore, regardless of the temperature T 1 of the reforming catalyst 53, a reformed gas that does not contain unreacted hydrocarbons can be supplied to the exhaust pipe 4.

また、NOx浄化装置33を排気管4に設けた。したがって、上述のように改質触媒53の温度Tにかかわらず、未反応の炭化水素を含まない改質ガスを、還元ガスとしてNOx浄化装置33に供給することが可能となる。これにより、エンジン1の始動直後であっても、排気に含まれるNOxを効率的に浄化できる。 Further, the NOx purification device 33 is provided in the exhaust pipe 4. Therefore, regardless of the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 as described above, it is possible to supply the reformed gas not containing unreacted hydrocarbons to the NOx purification device 33 as a reducing gas. As a result, even immediately after the engine 1 is started, NOx contained in the exhaust can be efficiently purified.

また、改質触媒53を、排気管4とは別のガス通路51に設けることにより、炭素が析出したり溶損したりし、改質触媒53が劣化するのを防止できる。
また、改質触媒53を排気管4とは別のガス通路51に設け、さらにこのガス通路51の他端側から燃料ガス供給装置52により燃料ガスを供給することにより、改質触媒53に供給する燃料ガスの燃料と空気の混合比を精度よく調整することが容易となる。これにより、改質触媒53における水素収率を安定して向上させることが容易になる。
Further, by providing the reforming catalyst 53 in the gas passage 51 different from the exhaust pipe 4, it is possible to prevent the reforming catalyst 53 from deteriorating due to carbon deposition or melting.
Further, the reforming catalyst 53 is provided in the gas passage 51 different from the exhaust pipe 4, and the fuel gas is supplied from the other end side of the gas passage 51 by the fuel gas supply device 52, thereby supplying the reforming catalyst 53. It becomes easy to accurately adjust the fuel / air mixing ratio of the fuel gas. Thereby, it becomes easy to improve the hydrogen yield in the reforming catalyst 53 stably.

また、本実施形態によれば、HC吸着剤54に炭化水素を吸着させる際には、改質ガスはHC吸着剤54を上流側から下流側へ向かって流通し、一方、吸着した炭化水素をHC吸着剤54から脱離する際には、改質ガスはHC吸着剤54を下流側から上流側へ向かって流通する。すなわち、吸着時と脱離時とでは、HC吸着剤54を流通するガスが流れる方向は逆になる。
ところで、HC吸着剤54は、炭化水素を吸着する際における吸着熱により、上流側から下流側へ向かって順に昇温する。したがって、上述のように、下流側から上流側へ向かって改質ガスを流通させることにより、上流側に吸着した炭化水素を速やかに脱離することができる。
Further, according to the present embodiment, when adsorbing hydrocarbons on the HC adsorbent 54, the reformed gas flows through the HC adsorbent 54 from the upstream side to the downstream side, while the adsorbed hydrocarbon is removed. When desorbing from the HC adsorbent 54, the reformed gas flows through the HC adsorbent 54 from the downstream side toward the upstream side. That is, the direction in which the gas flowing through the HC adsorbent 54 flows is opposite between the time of adsorption and the time of desorption.
By the way, the HC adsorbent 54 is heated in order from the upstream side to the downstream side by the heat of adsorption when adsorbing hydrocarbons. Therefore, as described above, by allowing the reformed gas to flow from the downstream side toward the upstream side, the hydrocarbon adsorbed on the upstream side can be quickly desorbed.

ここで、本実施形態のように、吸着時と脱離時とで、HC吸着剤54を流通するガスが流れる方向を逆にする利点について、本実施形態に係る燃料改質装置50と、比較例に係る燃料改質装置とを比較してより詳細に説明する。   Here, as in this embodiment, the advantage of reversing the flow direction of the gas flowing through the HC adsorbent 54 during adsorption and desorption is compared with the fuel reformer 50 according to this embodiment. The fuel reforming apparatus according to the example will be compared and described in detail.

図5は、比較例に係る燃料改質装置50Aの構成を示すブロック図である。この燃料改質装置50Aの構成について、本実施形態の燃料改質装置50と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fuel reformer 50A according to a comparative example. About the structure of this fuel reformer 50A, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure as the fuel reformer 50 of this embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

この燃料改質装置50Aは、吸着時と脱離時とで、HC吸着剤54Aを流通するガスが流れる方向は同一になるように構成したものである。
より具体的には、この燃料改質装置50Aでは、還流通路515Aは、吸着通路513AのうちHC吸着剤54Aの下流側と、燃料ガス通路511のうち改質触媒53の上流側とを接続する。また、脱離時に、HC吸着剤54から脱離した炭化水素を、還流通路515Aを介して還流するため、吸着通路513のうちHC吸着剤54Aの下流側に、吸着通路513を開閉する制御弁517Aが設けられる。
This fuel reformer 50A is configured so that the gas flowing through the HC adsorbent 54A flows in the same direction during adsorption and desorption.
More specifically, in this fuel reformer 50A, the recirculation passage 515A connects the downstream side of the HC adsorbent 54A in the adsorption passage 513A and the upstream side of the reforming catalyst 53 in the fuel gas passage 511. . Further, at the time of desorption, the hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent 54 is recirculated through the recirculation passage 515A, so that a control valve that opens and closes the adsorption passage 513 on the downstream side of the HC adsorbent 54A in the adsorption passage 513. 517A is provided.

ここで、本実施形態の燃料改質装置50(図2参照)と、比較例の燃料改質装置50A(図5参照)とを比較すると、燃料改質装置50Aでは、図5において破線519に示すように、還流通路515Aの長さを、HC吸着剤54Aの全長に合わせて長くする必要がある。これに加えて、燃料改質装置50Aでは、制御弁517Aを余分に設ける必要があるので、通路の構成が複雑なものとなる。   Here, when the fuel reformer 50 (see FIG. 2) of the present embodiment and the fuel reformer 50A (see FIG. 5) of the comparative example are compared, the fuel reformer 50A shows a broken line 519 in FIG. As shown, the length of the reflux passage 515A needs to be increased according to the total length of the HC adsorbent 54A. In addition to this, in the fuel reformer 50A, it is necessary to provide an extra control valve 517A, which complicates the configuration of the passage.

また、本実施形態によれば、HC吸着剤54から脱離した未反応の炭化水素は、改質ガスとともに還流通路515を介して改質触媒53に還流される。これにより、HC吸着剤54で吸着した未反応の炭化水素を、燃料として再利用することができる。   Further, according to the present embodiment, the unreacted hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent 54 is refluxed to the reforming catalyst 53 via the reflux passage 515 together with the reformed gas. Thereby, the unreacted hydrocarbon adsorbed by the HC adsorbent 54 can be reused as fuel.

またここで、HC吸着剤54から炭化水素を脱離させる際には、改質触媒53から排出された改質ガスの一部が用いられる。したがって、改質ガスには酸素が殆ど含まれない。このような酸素を殆ど含まない改質ガスをHC吸着剤54に供給して炭化水素を脱離することにより、炭化水素を脱離する際に、高温になったHC吸着剤54において、未反応の炭化水素が燃焼してしまい、燃料として再利用できなくなるのを防止できる。   Here, when desorbing hydrocarbons from the HC adsorbent 54, a part of the reformed gas discharged from the reforming catalyst 53 is used. Therefore, the reformed gas contains almost no oxygen. By supplying such a reformed gas containing almost no oxygen to the HC adsorbent 54 and desorbing hydrocarbons, when the hydrocarbons are desorbed, unreacted in the HC adsorbent 54 that has reached a high temperature. It is possible to prevent the hydrocarbons from burning and becoming unusable as fuel.

また、本実施形態によれば、還流通路515内に発生した負圧により、HC吸着剤54から脱離した炭化水素を改質触媒53に流入させる。このように負圧を利用して炭化水素を流入させることにより、例えば、加圧ポンプを利用して、脱離した炭化水素を圧送した場合と比較して、エネルギーの消費を抑制することができる。   Further, according to the present embodiment, the hydrocarbon desorbed from the HC adsorbent 54 is caused to flow into the reforming catalyst 53 due to the negative pressure generated in the reflux passage 515. By flowing hydrocarbons using negative pressure in this way, for example, energy consumption can be suppressed as compared to the case where pressurized hydrocarbons are pumped using a pressure pump. .

また、本実施形態によれば、改質触媒53の温度Tが活性化温度Tに達した後に、HC吸着剤54の温度Tが脱離温度THCに達する。すなわち、HC吸着剤54の温度Tが脱離温度THCに達し、吸着した炭化水素を脱離する時には、改質触媒53の温度Tは、必ず活性化温度Tに達している。これにより、HC吸着剤54を脱離しながらであっても、改質ガスを排気管4に供給し続けることが可能となる。 Further, according to this embodiment, after the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 has reached the activation temperature T R, the temperature T 2 of the HC adsorbent 54 reaches a desorption temperature T HC. That is, the temperature T 2 of the HC adsorbent 54 has reached the desorption temperature T HC, when desorbs hydrocarbons once adsorbed, the temperature T 1 of the reforming catalyst 53 is always reached the activation temperature T R. As a result, it is possible to continue supplying the reformed gas to the exhaust pipe 4 while desorbing the HC adsorbent 54.

また、本実施形態によれば、燃料改質装置50の始動直後であっても、未反応の炭化水素を効率よく吸着できる。ところで、高炭素数の炭化水素を吸着するには、0.5nm以上の孔径を有するゼオライトを用いることが好ましい。本実施形態によれば、HC吸着剤54には、このような条件を満たすゼオライトが用いられるため、特に始動直後において、高炭素数の炭化水素を多く含む未反応の炭化水素が排出される場合であっても、これを効率的に吸着することが可能となる。   In addition, according to the present embodiment, unreacted hydrocarbons can be adsorbed efficiently even immediately after the fuel reformer 50 is started. By the way, in order to adsorb hydrocarbons having a high carbon number, it is preferable to use zeolite having a pore diameter of 0.5 nm or more. According to the present embodiment, since zeolite satisfying such conditions is used for the HC adsorbent 54, particularly when unreacted hydrocarbons containing a large amount of hydrocarbons having a high carbon number are discharged immediately after startup. Even so, it can be efficiently adsorbed.

また、水素型ゼオライトを用いることにより、酸強度を向上し、HC吸着剤の化学吸着能を向上することができる。これにより、HC吸着剤54において炭化水素を吸着保持できる温度をさらに高くできる。
また、例えば、水素型ゼオライトに、銀、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属をイオン交換したものを用いた場合には、HC吸着剤の化学吸着能をさらに向上することができる。これにより、HC吸着剤において炭化水素を吸着保持できる温度をさらに高くできる。
Further, by using hydrogen-type zeolite, the acid strength can be improved and the chemical adsorption ability of the HC adsorbent can be improved. Thereby, the temperature at which hydrocarbons can be adsorbed and held in the HC adsorbent 54 can be further increased.
Further, for example, when a hydrogen-type zeolite obtained by ion exchange of silver, an alkali metal, or an alkaline earth metal is used, the chemical adsorption ability of the HC adsorbent can be further improved. Thereby, the temperature at which hydrocarbons can be adsorbed and retained in the HC adsorbent can be further increased.

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、還流通路515を開閉する負圧制御弁516を設けたが、これに限らない。例えば、還流通路内を減圧する負圧ポンプを設けてもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the negative pressure control valve 516 that opens and closes the reflux passage 515 is provided, but the present invention is not limited thereto. For example, a negative pressure pump that reduces the pressure in the reflux passage may be provided.

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの燃料改質装置にも適用が可能である。   The present invention can also be applied to a fuel reformer such as a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.

本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. 上記実施形態に係る燃料改質装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel reformer which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る燃料改質装置の構成を示すブロック図であり、改質ガスの流路を示す図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel reforming apparatus which concerns on the said embodiment, and is a figure which shows the flow path of reformed gas. 上記実施形態に係るECUによる燃料改質装置の制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of control of the fuel reformer by ECU which concerns on the said embodiment. 比較例に係る燃料改質装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel reforming apparatus which concerns on a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
4 排気管(排気通路)
5 排気マニホールド(排気通路)
40 ECU(ガス通路切換手段、脱離処理手段)
50 燃料改質装置
51 ガス通路
511 燃料ガス通路
512 改質ガス通路
513 吸着通路
514 三方弁(ガス通路切換手段)
515 還流通路
516 負圧制御弁(脱離処理手段)
52 燃料ガス供給装置(燃料ガス供給手段)
53 改質触媒(燃料改質触媒)
54 HC吸着剤
1 engine (internal combustion engine)
4 Exhaust pipe (exhaust passage)
5 Exhaust manifold (exhaust passage)
40 ECU (gas passage switching means, desorption processing means)
50 Fuel reformer 51 Gas passage 511 Fuel gas passage 512 Reformed gas passage 513 Adsorption passage 514 Three-way valve (gas passage switching means)
515 Reflux passage 516 Negative pressure control valve (desorption processing means)
52 Fuel gas supply device (fuel gas supply means)
53 Reforming catalyst (fuel reforming catalyst)
54 HC adsorbent

Claims (6)

燃料ガスを改質して改質ガスを製造し、この改質ガスを、内燃機関から排出された排気が流通する排気通路に供給する燃料改質装置において、
前記排気通路にその一端側が接続されるガス通路と、
前記ガス通路の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記ガス通路に設けられた燃料改質触媒と、
前記ガス通路のうち前記燃料改質触媒よりも下流側に設けられたHC吸着剤と、を備え、
前記ガス通路は、前記燃料改質触媒の下流側において、前記HC吸着剤を通過する通路と、前記HC吸着剤を通過しない通路とを備え、
前記燃料改質触媒の温度が所定の判定温度よりも低い場合には、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを、前記HC吸着剤を通過する通路に流通させ、前記燃料改質触媒の温度が前記判定温度以上である場合には、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを、前記HC吸着剤を通過しない通路に流通させるガス通路切換手段と、
前記HC吸着剤を通過する通路において前記HC吸着剤の下流側から、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスを供給することで、当該HC吸着剤に吸着した炭化水素をその上流側へ脱離する脱離処理手段と、を備えることを特徴とする燃料改質装置。
In a fuel reformer that reforms a fuel gas to produce a reformed gas and supplies the reformed gas to an exhaust passage through which exhaust discharged from an internal combustion engine flows.
A gas passage whose one end is connected to the exhaust passage;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas from the other end of the gas passage;
A fuel reforming catalyst provided in the gas passage;
HC adsorbent provided downstream of the fuel reforming catalyst in the gas passage,
The gas passage includes, on the downstream side of the fuel reforming catalyst, a passage that passes through the HC adsorbent and a passage that does not pass through the HC adsorbent,
When the temperature of the fuel reforming catalyst is lower than a predetermined determination temperature, the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst is circulated through a passage passing through the HC adsorbent, and the fuel reforming catalyst Gas passage switching means for causing the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst to flow through a passage that does not pass through the HC adsorbent when the temperature of the fuel is not less than the determination temperature ;
By supplying the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst from the downstream side of the HC adsorbent in the passage passing through the HC adsorbent, the hydrocarbon adsorbed on the HC adsorbent is moved upstream thereof. A fuel reforming apparatus comprising: a desorption treatment means for desorption .
前記HC吸着剤を通過する通路のうち前記HC吸着剤の上流側と、前記ガス通路のうち前記燃料改質触媒の上流側とを接続する還流通路をさらに備え、
前記脱離処理手段は、前記燃料改質触媒から排出された改質ガスの一部を前記HC吸着剤の下流側から供給するとともに、当該HC吸着剤から脱離した炭化水素を、前記還流通路を介して前記燃料改質触媒に流入させることを特徴とする請求項に記載の燃料改質装置。
A recirculation passage connecting the upstream side of the HC adsorbent in the passage passing through the HC adsorbent and the upstream side of the fuel reforming catalyst in the gas passage;
The desorption processing means supplies a part of the reformed gas discharged from the fuel reforming catalyst from the downstream side of the HC adsorbent, and removes hydrocarbons desorbed from the HC adsorbent in the reflux passage. The fuel reformer according to claim 1 , wherein the fuel reformer is caused to flow through the fuel reforming catalyst.
前記脱離処理手段は、前記還流通路内に生じる負圧を利用して、前記HC吸着剤から脱離した炭化水素を前記燃料改質触媒に流入させることを特徴とする請求項に記載の燃料改質装置。 The desorption processing means, by using the negative pressure generated in said reflux passage, according hydrocarbons desorbed from the HC adsorbent to claim 2, characterized in that to flow into the fuel reforming catalyst Fuel reformer. 前記燃料改質装置を始動してから前記燃料改質触媒が活性化温度に達するまでの時間を活性化温度到達時間とし、
前記燃料改質装置を始動してから前記HC吸着剤が脱離温度に達するまでの時間を脱離温度到達時間とし、
前記脱離温度到達時間は、前記活性化温度到達時間以上であることを特徴とする請求項に記載の燃料改質装置。
The time from when the fuel reformer is started until the fuel reforming catalyst reaches the activation temperature is defined as the activation temperature arrival time,
The time from when the fuel reformer is started until the HC adsorbent reaches the desorption temperature is the desorption temperature arrival time,
The fuel reformer according to claim 3 , wherein the desorption temperature arrival time is equal to or longer than the activation temperature arrival time.
前記燃料改質触媒は、
ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属成分と、
セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む酸化物または複合酸化物と、を含むことを特徴とする請求項1からの何れかに記載の燃料改質装置。
The fuel reforming catalyst is
A metal component containing at least one selected from the group consisting of rhodium, platinum, palladium, nickel, and cobalt;
Ceria, zirconia, alumina, and a fuel reforming apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises an oxide or a composite oxide containing at least one selected from the group consisting of titania.
前記HC吸着剤は、
モルデナイト型、ZSM−5型、β型、及びY型よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む水素型ゼオライト、または、これら水素型ゼオライトに銀、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属をイオン交換したものを含むことを特徴とする請求項1からの何れかに記載の燃料改質装置。
The HC adsorbent is
Hydrogen type zeolite containing at least one selected from the group consisting of mordenite type, ZSM-5 type, β type, and Y type, or those obtained by ion exchange of silver, alkali metal or alkaline earth metal to these hydrogen type zeolites the fuel reforming apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a.
JP2007318779A 2007-12-10 2007-12-10 Fuel reformer Expired - Fee Related JP5006776B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007318779A JP5006776B2 (en) 2007-12-10 2007-12-10 Fuel reformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007318779A JP5006776B2 (en) 2007-12-10 2007-12-10 Fuel reformer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009137818A JP2009137818A (en) 2009-06-25
JP5006776B2 true JP5006776B2 (en) 2012-08-22

Family

ID=40868845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007318779A Expired - Fee Related JP5006776B2 (en) 2007-12-10 2007-12-10 Fuel reformer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5006776B2 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3922408B2 (en) * 1997-09-16 2007-05-30 株式会社デンソー Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3642273B2 (en) * 1999-10-21 2005-04-27 日産自動車株式会社 Exhaust gas purification system
JP4206593B2 (en) * 2000-01-18 2009-01-14 三菱自動車エンジニアリング株式会社 In-cylinder injection internal combustion engine control device
JP3596671B2 (en) * 2000-02-09 2004-12-02 日産自動車株式会社 Fuel vapor treatment device and exhaust gas purification device
JP3870673B2 (en) * 2000-07-04 2007-01-24 日産自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4711210B2 (en) * 2001-03-30 2011-06-29 株式会社Ihi Fuel reformer and its early start method
JP2004292217A (en) * 2003-03-26 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd Fuel reforming system
US20040253493A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Nissan Technical Center N. A. Inc. Reformate purifying system for fuel processing systems
US7393382B2 (en) * 2004-12-20 2008-07-01 Idatech Llc Temperature-based breakthrough detection and pressure swing adsorption systems and fuel processing systems including the same
JP2007239690A (en) * 2006-03-10 2007-09-20 Toyota Motor Corp Internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009137818A (en) 2009-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8434296B2 (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
WO2009087819A1 (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP5081635B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US8413426B2 (en) Method of exhaust cleaning for internal combustion engine and exhaust cleaner
JP2006522257A (en) Apparatus and method for exhaust gas aftertreatment
JP4881288B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
KR20150113192A (en) Exhaust system with a reformer catalyst
WO2009087806A1 (en) Exhaust purification device for internal combustion engine
JP2010270664A (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP5094539B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5006805B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2011149388A (en) Exhaust emission control system
JP5006776B2 (en) Fuel reformer
JP5053163B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5161590B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5090187B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2010281266A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP4986877B2 (en) Exhaust purification device and exhaust purification method
JP2009162161A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2009162162A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2010281309A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2011047371A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120525

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150601

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees