JP6222515B2 - Fuel reforming system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料改質システムに関する。更に詳細には、本発明は、還流する排気に燃料を供給し、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムに関する。 The present invention relates to a fuel reforming system. More specifically, the present invention relates to a fuel reforming system that supplies fuel to recirculated exhaust gas and reforms the fuel to generate reformed gas containing hydrogen.
従来、燃料中に硫黄分が含まれている場合でも、改質制御を可能な限り実施しつつ、燃料改質触媒を硫黄分から保護することが可能な内燃機関の制御装置が提案されている。この内燃機関の制御装置は、加熱手段を備え、加熱手段の熱によって改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、少なくともガソリンを含む燃料を改質燃料として燃料改質触媒に供給する改質燃料供給手段と、改質燃料中の硫黄濃度を取得する硫黄濃度取得手段とを備える。また、この内燃機関の制御装置は、改質燃料中の硫黄濃度が高くなるにつれて、改質燃料供給手段による改質燃料の供給量を減少させる改質燃料減少手段、又は燃料改質触媒の温度を取得する温度取得手段、改質燃料中の硫黄濃度に応じて、燃料改質触媒が作動するのに必要な下限温度を可変に設定する下限温度設定手段及び燃料改質触媒の温度が下限温度よりも低いときに、改質燃料供給手段による改質燃料の供給を停止する改質燃料停止手段を更に備える(特許文献1参照。)。 Conventionally, there has been proposed a control device for an internal combustion engine capable of protecting a fuel reforming catalyst from sulfur content while performing reforming control as much as possible even when the fuel contains a sulfur content. The control apparatus for an internal combustion engine includes a heating unit, and supplies a fuel reforming catalyst that generates a combustible gas from the reformed fuel by heat of the heating unit and a fuel containing at least gasoline to the fuel reforming catalyst as a reformed fuel. A reformed fuel supply means and a sulfur concentration acquisition means for acquiring the sulfur concentration in the reformed fuel are provided. Further, the control device for the internal combustion engine is configured to reduce the reformed fuel supply amount by the reformed fuel supply unit or the temperature of the fuel reforming catalyst as the sulfur concentration in the reformed fuel increases. The temperature acquisition means for acquiring the lower limit temperature setting means for variably setting the lower limit temperature necessary for the fuel reforming catalyst to operate according to the sulfur concentration in the reformed fuel, and the temperature of the fuel reforming catalyst is the lower limit temperature The reformed fuel supply unit further includes a reformed fuel stop unit that stops the supply of the reformed fuel when the temperature is lower (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された燃料改質システムにおいては、燃料改質触媒の劣化を抑制するために、燃料改質が利用可能な負荷範囲が限定されてしまい燃費改善が十分なものとならないという問題点があった。
However, in the fuel reforming system described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、燃料改質触媒の劣化を抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る燃料改質システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a fuel reforming system capable of realizing excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、2次空気供給手段又は所定の2次空気供給手段によって空気を供給して、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させて、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離を促進し、燃料改質触媒の劣化を抑制ないし防止することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, the air is supplied by the secondary air supply means or the predetermined secondary air supply means to promote the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst, so that the sulfur component adsorbed on the fuel reforming catalyst is desorbed. The present inventors have found that the above object can be achieved by promoting and suppressing or preventing deterioration of the fuel reforming catalyst, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の燃料改質システムは、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムであって、改質供給流路と、改質供給流路に配設される燃料改質触媒と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段又は所定の2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備える。そして、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させる等して、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる。 That is, the fuel reforming system of the present invention is a fuel reforming system that reforms a fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, and is provided in the reforming supply channel and the reforming supply channel. A fuel reforming catalyst, a fuel supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel, and that supplies fuel to the fuel reforming catalyst, and a fuel reforming catalyst in the reforming supply channel A secondary air supply means or a predetermined secondary air supply means, which is arranged on the upstream side and supplies air to the fuel reforming catalyst, and a control means for controlling the fuel supply means and the secondary air supply means. Then, the control means, the fuel supply means and the secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst is equal Ru is operated, the fuel and air is burned reaction, steam reforming in the fuel reforming catalyst Promote the reaction.
本発明によれば、改質供給流路と、改質供給流路に配設される燃料改質触媒と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段又は所定の2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させる等して、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成とした。そのため、燃料改質触媒の劣化を抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る燃料改質システムを提供することができる。 According to the present invention, a reforming supply channel, a fuel reforming catalyst disposed in the reforming supply channel, and a fuel reforming unit disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel. Fuel supply means for supplying fuel to the catalyst, and secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst, which is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply flow path, or predetermined secondary air supply means and, and a control means for controlling fuel supply means and the secondary air supply means, control means, the fuel reforming catalyst in the fuel and air equal to Ru actuates the fuel supply means and the secondary air supply means for supplying Thus , the fuel and air are subjected to a combustion reaction to promote the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst. Therefore, it is possible to provide a fuel reforming system that can realize excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
以下、本発明の一形態に係る燃料改質システムについて詳細に説明する。また、本発明の燃料改質システムは、例えば、内燃機関の排気ガス循環流路において、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムであることが好適である。そこで、本発明の一形態に係る燃料改質システムについては、内燃機関の排気ガス循環流路において、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムを例に挙げて説明する。 Hereinafter, a fuel reforming system according to an embodiment of the present invention will be described in detail. Further, the fuel reforming system of the present invention includes, for example, hydrogen in the exhaust gas circulation passage of the internal combustion engine by reacting the fuel of the internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel. A fuel reforming system that generates reformed gas is preferred. Therefore, in the fuel reforming system according to one aspect of the present invention, in the exhaust gas circulation passage of the internal combustion engine, the fuel of the internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine are reacted to reform the fuel. A fuel reforming system that generates reformed gas containing hydrogen will be described as an example.
(第1の形態)
まず、第1の形態に係る燃料改質システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、第1の形態に係る燃料改質システムの概略を示す説明図である。
(First form)
First, the fuel reforming system according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel reforming system according to a first embodiment.
図1に示すように、本形態の燃料改質システム1Aは、内燃機関の一例である4サイクルのエンジン10と、吸気路(以下「吸気パイプ」という。)20と、排気路(以下「排気パイプ」という。)30と、改質供給流路の一例である排気ガス循環流路(以下「EGR(Exhaust Gas Recirculation)パイプ」という。)40と、制御手段の一例であるコントローラ50とを備えている。そして、エンジン10と吸気パイプ20とは、シリンダ11の燃焼室12の吸気口12aで連結されている。また、エンジン10と排気パイプ30とは、燃焼室12の排気口12bで連結されている。更に、EGRパイプ40は、排気パイプ30と吸気パイプ20とを連結している。
As shown in FIG. 1, a
また、エンジン10には、吸気口12aの開閉を行う吸気バルブ13と、排気口12bの開閉を行う排気バルブ14と、シリンダ11内で往復動するピストン15と、燃焼室12内で混合気に電気火花をとばすスパークプラグ16とが配設されている。
Further, the
更に、吸気パイプ20には、吸気口12a近傍に主燃料供給装置21が配設されており、主燃料供給装置21の吸気方向上流側に吸気パイプ20内を燃焼室12に向かって流通する空気の空気量を制御するための吸気制御バルブ22が更に配設されている。ここで、主燃料供給装置21は、燃焼室12内又は吸気パイプ20内に主燃料を噴射する機能を有するものである。
Further, the
また、排気パイプ30には、排気パイプ30内を流通する排気の排気量を制御するための排気制御バルブ31が配設されている。
The
更に、EGRパイプ40には、排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側から下流側に向かう方向に、2次空気供給手段の一例である2次空気噴射装置41aと、燃料供給手段の一例である改質用燃料噴射装置42と、燃料改質触媒43と、温度検出器44と、EGRクーラ45と、EGRバルブ46とが順次配設されている。EGRパイプ40は、排気パイプ30から吸気パイプ20に排気の一部を分流、すなわち還流させるためのものである。例えば、燃料改質システム1Aにおいては、燃焼室12内でストイキ燃焼させた排気の一部を排気パイプ30からEGRパイプ40に分流させ、排気に改質用燃料噴射装置42により改質用燃料を添加し、燃料改質触媒43で改質用燃料を水素を含む改質ガスに改質して、吸気パイプ20に還流することができる。
Further, in the EGR
ここで、2次空気噴射装置41aは、燃料改質触媒43での水蒸気改質反応を促進し、水素を含む改質ガスを得るためのものであって、排気中に含まれている空気だけでは不足するときに、燃料改質触媒43又はEGRパイプ40内を燃料改質触媒43に向かって流通する排気中に空気を噴射する機能を有するものである。
Here, the secondary
また、改質用燃料噴射装置42は、燃料改質触媒43又はEGRパイプ40内を燃料改質触媒43に向かって流通する排気中に改質用燃料を噴射する機能を有するものである。なお、改質用燃料は、上記主燃料と同一であってもよく、異なっていてもよい。
The reforming
更に、燃料改質触媒43は、改質用燃料と排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する機能を有するものである。なお、通常、排気は熱や水分を含むため、改質用燃料を添加することにより、燃料改質触媒は、水蒸気改質反応を促進して、水素を含む改質ガスを生成する。特に、2次空気噴射手段により空気を更に添加すると、燃料と空気との燃料反応が生じ、水蒸気改質反応が更に促進される。
Further, the
また、温度検出器44は、燃料改質触媒の出口側温度を測定する機能を有するものである。なお、熱電対型温度計など従来公知の温度検出器を適用することができる。
The
更に、EGRクーラ45は、排気や改質ガスを冷却する機能を有するものである。
Furthermore, the EGR
また、EGRバルブ46は、排気や改質ガスの流量を制御する機能を有するものである。
The
更に、中央演算処理装置(CPU)やインターフェース回路等からなるコントローラ50は、主燃料供給装置21や吸気制御バルブ22、排気制御バルブ31、2次空気噴射装置41a、改質用燃料噴射装置42、温度検出器44、EGRバルブ46と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている。また、コントローラ50は、吸気バルブ13や排気バルブ14、ピストン15などの制御部(図示せず。)と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっていてもよい。
Further, the
そして、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、コントローラ50が、燃料改質触媒43に燃料及び空気を供給する改質用燃料噴射装置42及び2次空気噴射装置41aを作動させる。これにより、燃料及び空気が燃焼反応して温度が高くなるため、燃料改質触媒43における水蒸気改質反応が促進され、雰囲気中の改質ガス濃度が高くなる。この結果、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離を促進することができる。また、燃料改質触媒の性能低下や性能劣化を検知する手段を必須の構成とすることなく、燃料改質触媒を再生することが可能であるため、車載システムが簡素化されるという副次的な利点もある。
In the
また、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、例えば、コントローラ50が、予備実験などにより予め取得してある燃料改質触媒43における水蒸気改質反応が促進される燃料改質触媒43の出口側温度と、実際に温度検出器44から入力される燃料改質触媒43の出口側温度とを対比して、温度検出器44から入力される燃料改質触媒43の出口側温度が燃料改質触媒43における水蒸気改質反応が促進される燃料改質触媒43の出口側温度に達していると判断したときに、燃料改質触媒43に空気を供給する2次空気噴射装置41aを作動させることが好適である。これは、燃料改質触媒の出口側温度が、水蒸気改質反応により水素生成可能でない温度であるときに、2次空気を供給しても、硫黄成分の脱離促進に必要な水素を含む改質ガスが得られず、硫黄成分の脱離促進効果が十分に得られないことがあるからである。一方、燃料改質触媒の出口側温度が、水蒸気改質反応により水素生成可能である温度に達しているときに、2次空気を供給すれば、硫黄成分の脱離促進に必要な水素を含む改質ガスが得られ、硫黄成分の脱離促進効果が十分に得られる。
Further, in the
更に、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、例えば、コントローラ50が、燃料改質触媒43に燃料を供給しないように改質用燃料噴射装置42の作動を停止させるときに、燃料改質触媒43に空気を供給する2次空気噴射装置41aを作動させることが好適である。つまり、改質用燃料噴射装置の作動を停止させるときは燃料改質が直前まで行われているので、燃料改質触媒の出口側温度が水蒸気改質反応が進行する温度にまで達している。この状態において、2次空気を供給すると、燃料改質中に燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離を適時に行うことができる。また、燃料改質を停止するときに、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分を脱離しておくことにより、次回の燃料改質を開始するときに、速やかに改質可能な状態となる。
Furthermore, in the
また、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、例えば、コントローラ50が、燃料改質触媒43に燃料を供給するように改質用燃料噴射装置42の作動を開始させるときに、燃料改質触媒43に空気を供給する2次空気噴射装置41aを作動させることが好適である。通常、本形態の燃料改質システムにおいては、改質用燃料噴射装置の作動を開始させるときは、燃料改質触媒の出口側温度が水蒸気改質反応が進行する温度にまで達している。この状態において、2次空気を供給すると、燃料改質中に燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離を適時に行うことができる。改質反応が直前まで行われていない場合であっても、EGRパイプ内に排気を循環させる場合があり、その際、燃料改質触媒に硫黄成分が吸着することがある。また、燃料改質を開始するときに、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分を脱離しておくことにより、速やかに改質可能な状態となり、更に燃料改質触媒の劣化を抑制することもできる。
Further, in the
更に、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、例えば、コントローラ50が、燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進されるストイキ〜リッチの雰囲気となるように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気噴射装置41aを作動させることが好適である。リーンの雰囲気では、所望の水素を含む改質ガスを得ることが困難な場合があるからである。ストイキ〜リッチの雰囲気としては、具体的には、2次空気噴射装置により供給される空気中の酸素(O2)のモル数と、改質用燃料噴射装置により供給される改質用燃料中の炭素(C)のモル数の比(O2/C)が、0.3〜1.5であることが好ましい。
Further, in the
また、本形態の燃料改質システム1Aにおいては、例えば、コントローラ50が、燃料改質触媒における燃料と空気との燃焼反応と、燃料改質触媒における水蒸気改質反応とが促進される空間速度となるように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気噴射装置41aを作動させることが好適である。空間速度が高すぎる、すなわち空気の供給量が多すぎると、所望の水素を含む改質ガスを得ることが困難な場合があるからである。
In the
特に限定されるものではないが、上述した温度、雰囲気及び空間速度とすることにより、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離をより促進することができる。 Although not particularly limited, desorption of the sulfur component adsorbed on the fuel reforming catalyst can be further promoted by setting the above-described temperature, atmosphere, and space velocity.
ここで、本形態の燃料改質システムにおける制御フローについて図面を用いて説明する。図2は、本形態の燃料改質システムにおける制御フローの一例を示すフロー図である(図1参照。)。 Here, a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment (see FIG. 1).
例えば、燃料改質を行っているときに、制御フローを開始する。 For example, the control flow is started when fuel reforming is being performed.
図2に示すように、ステップ1(図中では「S1」と記載する。また、以下の記載においても同様である。)においては、燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であるか否かを判断する。S1において燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であると判断した場合には、S2に進む。一方、S1において燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上でないと判断した場合には、S1に戻る。なお、本発明において「X℃」とは、燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される出口側温度を意味する。
As shown in FIG. 2, in step 1 (indicated as “S1” in the figure. The same applies to the following description), the outlet temperature of the
S2においては、2次空気噴射装置41aの作動を開始させて、S3に進む。
In S2, the operation of the secondary
S3においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を調整させて、S4に進む。
In S3, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S4においては、2次空気噴射装置41aにより供給された空気中の酸素(O2)のモル数と改質用燃料噴射装置42により供給された改質用燃料中の炭素(C)のモル数との比(O2/C)がY以上Z以下であるか否かを判断する。S4において(O2/C)がY以上Z以下である場合には、S5に進む。一方、S4において(O2/C)がY以上Z以下でない場合には、S3に戻る。なお、本発明において「O2/CがY以上Z以下である」とは、燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される雰囲気を意味する。
In S4, the number of moles of oxygen (O 2 ) in the air supplied by the secondary
S5においては、生成した改質ガスにより、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をさせて、S6に進む。
In S5, the sulfur gas adsorbed on the
S6においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を所定供給量に調整させて、S7に進む。なお、本発明において「所定供給量」とは、通常、燃料改質触媒において水素を含む改質ガスを生成する際に供給される改質用燃料の供給量を意味する。
In S6, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S7においては、2次空気噴射装置41aの作動を停止させて、制御フローを終了する。
In S7, the operation of the secondary
また、図3は、本形態の燃料改質システムにおける制御フローの他の一例を示すフロー図である(図1参照。)。 FIG. 3 is a flowchart showing another example of the control flow in the fuel reforming system of the present embodiment (see FIG. 1).
例えば、燃料改質を終了しようとするときに、制御フローを開始する。 For example, the control flow is started when the fuel reform is to be finished.
S11においては、改質用燃料噴射装置42の作動を停止するか否かを判断する。S11において改質用燃料噴射装置42の作動を停止すると判断した場合には、S12に進む。一方、S11において改質用燃料噴射装置42の作動を停止しないと判断した場合には、S11に戻る。
In S11, it is determined whether or not the operation of the reforming
S12においては、燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であるか否かを判断する。S12において燃料改質触媒の出口側温度がX℃以上であると判断した場合には、S13に進む。一方、S12において燃料改質触媒の出口側温度がX℃以上でないと判断した場合には、S12に戻る。
In S12, it is determined whether or not the outlet temperature of the
S13においては、2次空気噴射装置41aの作動を開始させて、S14に進む。
In S13, the operation of the secondary
S14においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を調整させて、S15に進む。
In S14, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S15においては、2次空気噴射装置41aにより供給された空気中の酸素(O2)のモル数と改質用燃料噴射装置42により供給された改質用燃料中の炭素(C)のモル数との比(O2/C)がY以上Z以下であるか否かを判断する。S15において(O2/C)がY以上Z以下である場合には、S16に進む。一方、S15において(O2/C)がY以上Z以下でない場合には、S14に戻る。
In S15, the number of moles of oxygen (O 2 ) in the air supplied by the
S16においては、生成した改質ガスにより、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をさせて、S17に進む。
In S16, the sulfur component adsorbed on the
S17においては、改質用燃料噴射装置42の作動を停止させて、S18に進む。
In S17, the operation of the reforming
S18においては、2次空気噴射装置41aの作動を停止させて、制御フローを終了する。
In S18, the operation of the secondary
また、図4は、本形態の燃料改質システムにおける制御フローの他の一例を示すフロー図である(図1参照。)。 FIG. 4 is a flowchart showing another example of the control flow in the fuel reforming system of the present embodiment (see FIG. 1).
例えば、燃料改質を開始しようとするときに、制御フローを開始する。 For example, when starting fuel reforming, the control flow is started.
S21においては、改質用燃料噴射装置42の作動を開始するか否かを判断する。S21において改質用燃料噴射装置42の作動を開始すると判断した場合には、S22に進む。一方、S21において改質用燃料噴射装置42の作動を開始しないと判断した場合には、S21に戻る。
In S21, it is determined whether or not to start the operation of the reforming
S22においては、燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であるか否かを判断する。S22において燃料改質触媒の出口側温度がX℃以上であると判断した場合には、S23に進む。一方、S22において燃料改質触媒の出口側温度がX℃以上でないと判断した場合には、S22に戻る。
In S22, it is determined whether or not the outlet side temperature of the
S23においては、2次空気噴射装置41aの作動を開始させて、S24に進む。
In S23, the operation of the secondary
S24においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を調整させて、S25に進む。
In S24, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S25においては、2次空気噴射装置41aにより供給された空気中の酸素(O2)のモル数と改質用燃料噴射装置42により供給された改質用燃料中の炭素(C)のモル数との比(O2/C)がY以上Z以下であるか否かを判断する。S25において(O2/C)がY以上Z以下である場合には、S26に進む。一方、S25において(O2/C)がY以上Z以下でない場合には、S24に戻る。
In S25, the number of moles of oxygen (O 2 ) in the air supplied by the secondary
S26においては、生成した改質ガスにより、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をさせて、S27に進む。
In S26, the sulfur gas adsorbed on the
S27においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を所定供給量に調整させて、S28に進む。
In S27, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S28においては、2次空気噴射装置41aの作動を停止させて、制御フローを終了する。
In S28, the operation of the secondary
(第2の形態)
次に、第2の形態に係る燃料改質システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図5は、第2の形態に係る燃料改質システムの概略を示す説明図である。なお、上記形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Second form)
Next, the fuel reforming system according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the fuel reforming system according to the second embodiment. In addition, about the structure same as the said form, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図5に示すように、本形態の燃料改質システム1Bは、EGRパイプ40に、排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)上流側から下流側に向かう方向に、2次空気供給手段の一例であるリード弁41bと、燃料供給手段の一例である改質用燃料噴射装置42と、燃料改質触媒43と、温度検出器44と、EGRクーラ45と、EGRバルブ46とが順次配設されている構成が、上記形態に係る燃料改質システムと相違している。
As shown in FIG. 5, the
また、本形態の燃料改質システム1Bにおいては、2次空気噴射装置の代わりに配設されたリード弁41bが、コントローラ50と接続されていないという構成が、上記形態に係る燃料改質システムと相違している。
Further, in the
なお、本形態の燃料改質システム1Bにおいては、コントローラ50が、主燃料供給装置21や吸気制御バルブ22、排気制御バルブ31、改質用燃料噴射装置42、温度検出器44、EGRクーラ45、EGRバルブ46と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている。また、コントローラ50は、吸気バルブ13や排気バルブ14、ピストン15などの制御部(図示せず。)と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっていてもよい。
In the
ここで、リード弁41bは、圧力差に応じて一方向にのみガスを流すことができるものであり、EGRパイプにおける圧力が所定値より低下したときに外部の空気を取り込む機能を有するものであれば、特に限定されることなく適用することができる。このようなリード弁は、取り込む空気量が、リード弁の径と圧力に依存するので、圧力に応じて、改質用燃料噴射装置により供給される改質用燃料の供給量を調整すると、上述した(O2/C)の値を好ましい範囲内に調整しやすいという利点がある。従って、予備実験などにより予めリード弁により取り込まれる空気量を把握しておくことにより、それに応じた改質用燃料を供給すればよいことになる。また、このようなリード弁は、特別な制御をする必要がないという利点もある。更に、上記所定値は、適用されるエンジンを用いた予備実験などで適宜設定することができる。更に、本発明においては、圧力が所定値より低下する制御に連動させるようにしてもよい。
Here, the
そして、本形態の燃料改質システム1Bにおいては、EGRパイプ40内の圧力を低下させる圧力低下手段により、EGRパイプ40内の圧力を低くする。これにより、EGRパイプ40にリード弁41bによって外部の空気が取り込まれ、燃料及び空気が燃焼反応して温度が高くなるため、燃料改質触媒43における水蒸気改質反応が促進され、雰囲気中の改質ガス濃度が高くなる。この結果、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離を促進することができる。また、燃料改質触媒の性能低下や性能劣化を検知する手段を必須の構成とすることなく、燃料改質触媒を再生することが可能であるため、車載システムが簡素化されるという副次的な利点もある。
In the
上記圧力低下手段は、燃料改質システム1Bにおいて生じる様々な負圧を利用するものを適用すればよいため、特に限定されるものではない。
The pressure reducing means is not particularly limited because it is sufficient to apply various negative pressures generated in the
例えば、EGRクーラ45と、コントローラ50とを協働させることにより、上述した圧力低下手段として機能させることができる。具体的には、EGRクーラ45によってEGRパイプにおける下流側領域の排気や改質ガスを冷却することにより、下流側領域の圧力を低下させることができ、EGRパイプ内の圧力が低くなる。この結果、EGRパイプ40にリード弁41bによって外部の空気が取り込まれる。
For example, by cooperating the
また、例えば、主燃料供給装置21と、改質用燃料噴射装置42と、吸気バルブ13や排気バルブ14、ピストン15などの制御部と、コントローラ50とを協働させることにより、上述した圧力低下手段として機能させることができる。具体的には、改質用燃料噴射装置42が作動しているときに、エンジン10の全部又は一部の主燃料供給装置21を停止したシリンダ11を利用すればよい。つまり、このシリンダ11の排気バルブ14を開状態とし、吸気バルブ13を閉状態とし、更にピストン15を上死点から下死点に向かう方向に移動させることにより、EGRパイプの上流側領域の圧力を低下させることができ、EGRパイプ内の圧力が低くなる。この結果、EGRパイプ40にリード弁41bによって外部の空気が取り込まれる。なお、ピストン15を連続的に往復動させてもよいことは言うまでもない。
Further, for example, by causing the main
ここで、本形態の燃料改質システムにおける制御フローについて図面を用いて説明する。図6は、本形態の燃料改質システムにおける制御フローの一例を示すフロー図である(図5参照。)。 Here, a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment (see FIG. 5).
例えば、燃料改質を行っているときに、制御フローを開始する。 For example, the control flow is started when fuel reforming is being performed.
図6に示すように、S31においては、改質用燃料噴射装置42が作動しているか否かを判断する。S31において改質用燃料噴射装置42が作動していると判断した場合には、S32に進む。一方、S31において改質用燃料噴射装置42が作動していないと判断した場合には、S31に戻る。
As shown in FIG. 6, in S31, it is determined whether or not the reforming
S32においては、改質供給流路の一例であるEGRパイプ40内の圧力が低下しているか否かを判断する。EGRパイプ40内の圧力が低下していると判断した場合には、S33に進む。一方、S32においてEGRパイプ40内の圧力が低下していないと判断した場合には、S32に戻る。
In S32, it is determined whether or not the pressure in the
S33においては、リード弁41bの作動が開始され、外部の空気を取り込み、S34に進む。
In S33, the operation of the
S34においては、生成した改質ガスにより、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をさせて、制御フローを終了する。
In S34, the generated reformed gas causes the sulfur component adsorbed on the
(第3の形態)
次に、第3の形態に係る燃料改質システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図7は、第3の形態に係る燃料改質システムの概略を示す説明図である。なお、上記形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Third form)
Next, a fuel reforming system according to a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of the fuel reforming system according to the third embodiment. In addition, about the structure same as the said form, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図7に示すように、本形態の燃料改質システム1Cは、EGRパイプ40に、排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)上流側から下流側に向かう方向に、2次空気供給手段の一例である2次空気噴射装置41aと、燃料供給手段の一例である改質用燃料噴射装置42と、燃料改質触媒43と、温度検出器44と、EGRクーラ45と、劣化度合い検知手段の一例である水素濃度検出器47と、EGRバルブ46とが順次配設されている構成が、上記形態に係る燃料改質システムと相違している。
As shown in FIG. 7, the fuel reforming system 1C of the present embodiment supplies secondary air to the
また、本形態の燃料改質システム1Cにおいては、コントローラ50が、主燃料供給装置21や吸気制御バルブ22、排気制御バルブ31、2次空気噴射装置41a、改質用燃料噴射装置42、温度検出器44、EGRバルブ46、水素濃度検出器47と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている構成が、上記形態に係る燃料改質システムと相違している。また、コントローラ50は、吸気バルブ13や排気バルブ14、ピストン15などの制御部(図示せず。)と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっていてもよい。
Further, in the fuel reforming system 1C of the present embodiment, the
ここで、水素濃度検出器47は、EGRパイプにおける燃料改質触媒より下流側領域の水素濃度を検出する機能を有するものであれば、特に限定されることなく適用することができる。
Here, the
そして、本形態の燃料改質システム1Cにおいては、コントローラ50が、燃料改質触媒43に燃料及び空気を供給する改質用燃料噴射装置42及び2次空気噴射装置41aを作動させ、更に、予め取得してある2次空気供給手段の2次空気供給量と燃料改質触媒の劣化回復度合いとの関係を示す2次空気供給量−劣化回復度合いマップデータと劣化度合い検知手段からの入力に応じて、燃料改質触媒の劣化度合いを回復するための2次空気供給量の空気を供給するように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる。これにより、燃料及び空気が燃焼反応して温度が高くなるため、燃料改質触媒43における水蒸気改質反応が促進され、雰囲気中の改質ガス濃度が高くなる。この結果、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をより促進することができる。なお、コントローラ50が、水素濃度検出器47からの入力によって劣化回復が十分でないと判断した場合には、この操作を繰り返すことができる。この結果、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離を十分に行うことができる。
In the fuel reforming system 1C of the present embodiment, the
ここで、本形態の燃料改質システムにおける制御フローについて図面を用いて説明する。図8は、本形態の燃料改質システムにおける制御フローの一例を示すフロー図である(図7参照。)。 Here, a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart showing an example of a control flow in the fuel reforming system of the present embodiment (see FIG. 7).
例えば、燃料改質を行っているときに、制御フローを開始する。 For example, the control flow is started when fuel reforming is being performed.
図8に示すように、S41においては、燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であるか否かを判断する。S41において燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上であると判断した場合には、S42に進む。一方、S41において燃料改質触媒43の出口側温度がX℃以上でないと判断した場合には、S41に戻る。
As shown in FIG. 8, in S41, it is determined whether or not the outlet side temperature of the
S42においては、2次空気噴射装置41aの作動を開始させて、S43に進む。
In S42, the operation of the secondary
S43においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を調整させて、S44に進む。
In S43, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S44においては、2次空気噴射装置41aにより供給された空気中の酸素(O2)のモル数と改質用燃料噴射装置42により供給された改質用燃料中の炭素(C)のモル数との比(O2/C)がY以上Z以下であるか否かを判断する。S44において(O2/C)がY以上Z以下である場合には、S45に進む。一方、S44において(O2/C)がY以上Z以下でない場合には、S43に戻る。
In S44, the number of moles of oxygen (O 2 ) in the air supplied by the
S45においては、生成した改質ガスにより、燃料改質触媒43に吸着した硫黄成分の脱離をさせて、S46に進む。
In S45, the sulfur gas adsorbed on the
S46においては、水素濃度検出器47からの入力に応じて、燃料改質触媒43の劣化が回復したか否かを判断する。S46において、燃料改質触媒43の劣化が回復していると判断した場合には、S47に進む。一方、燃料改質触媒43の劣化が回復していないと判断した場合には、S43に戻る。
In S46, it is determined whether or not the deterioration of the
S47においては、改質用燃料噴射装置42における改質用燃料の供給量を所定供給量に調整させて、S48に進む。
In S47, the supply amount of reforming fuel in the reforming
S48においては、2次空気噴射装置41aの作動を停止させて、制御フローを終了する。
In S48, the operation of the secondary
また、図9は、第1又は第3の形態に係る燃料改質システムにおける性能変化率を示すグラフ図である。図9に示すように、2次空気の供給がない場合(図中において実線で示す。)には、改質燃料や排気中の硫黄成分が燃料改質触媒に吸着することによる影響を受けるため、燃料改質触媒における水素生成能の低下が著しい。また、図9に示すように、例えば、第1の形態に係る燃料改質システムにおいて2次空気の供給をした場合(図中において一点鎖線で示す。)には、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離が促進され、ある程度の性能変化率を示す。また、図9に示すように、第3の形態に係る燃料改質システムにおいて2次空気の供給をした場合(図中において二点鎖線で示す。)には、劣化度合いに応じて2次空気を供給するため、劣化度合いに応じて、温度や雰囲気、空間速度を調整したり、再生制御を繰り返すことなどにより、燃料改質触媒に吸着した硫黄成分の脱離が促進され、高い性能変化率を示す。 FIG. 9 is a graph showing the performance change rate in the fuel reforming system according to the first or third embodiment. As shown in FIG. 9, when there is no supply of secondary air (indicated by the solid line in the figure), the reformed fuel and the sulfur component in the exhaust are affected by adsorption to the fuel reforming catalyst. The hydrogen generation ability of the fuel reforming catalyst is significantly reduced. Further, as shown in FIG. 9, for example, when the secondary air is supplied in the fuel reforming system according to the first embodiment (shown by a one-dot chain line in the figure), it is adsorbed on the fuel reforming catalyst. Desorption of the sulfur component is promoted, and a certain degree of performance change is exhibited. Further, as shown in FIG. 9, when the secondary air is supplied in the fuel reforming system according to the third embodiment (indicated by a two-dot chain line in the figure), the secondary air is selected according to the degree of deterioration. Therefore, the desorption of sulfur components adsorbed on the fuel reforming catalyst is promoted by adjusting the temperature, atmosphere and space velocity according to the degree of deterioration, and by repeating regeneration control. Indicates.
本発明においては、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、改質供給流路と、改質供給流路に配設される燃料改質触媒と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、改質供給流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成とした。そのため、燃料改質触媒の劣化を抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る燃料改質システムを提供することができる。 According to the present invention, in a fuel reforming system for reforming fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, a reforming supply passage, a fuel reforming catalyst disposed in the reforming supply passage, A fuel supply means for supplying fuel to the fuel reforming catalyst and upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel; A secondary air supply means for supplying air to the reforming catalyst, and a fuel supply means for controlling the fuel supply means and the secondary air supply means, wherein the control means supplies fuel and air to the fuel reforming catalyst. The means and the secondary air supply means are operated to cause the fuel and air to undergo a combustion reaction to promote the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst. Therefore, it is possible to provide a fuel reforming system that can realize excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
また、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質触媒の劣化を抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Further, according to the present invention, in a fuel reforming system for reacting a fuel of an internal combustion engine and at least a part of an exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means Control means, and the control means operates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause a combustion reaction of the fuel and air, and steam reforming in the fuel reforming catalyst In a structure that promotes the reaction Rukoto is preferred. Thus, it is possible to provide a fuel reforming system for an internal combustion engine that can realize excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
更に、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段と、燃料改質触媒の出口側温度を測定する温度検出器とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、予め取得してある燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される燃料改質触媒の出口側温度と、温度検出器から入力される燃料改質触媒の出口側温度とを対比して、温度検出器から入力される燃料改質触媒の出口側温度が燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される燃料改質触媒の出口側温度に達していると判断したときに、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質触媒の劣化を効率的に抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Furthermore, in the present invention, in a fuel reforming system that reacts a fuel of an internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means A control means and a temperature detector for measuring the outlet side temperature of the fuel reforming catalyst, the control means actuates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst, Combustion reaction of fuel and air, fuel Further, the steam reforming reaction in the catalyst is promoted, and the fuel reforming catalyst outlet temperature at which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst acquired in advance is further promoted and input from the temperature detector. The outlet side temperature of the fuel reforming catalyst input from the temperature detector is compared with the outlet side temperature of the fuel reforming catalyst, and the fuel reforming catalyst in which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst is promoted. It is preferable that the secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst is operated when it is determined that the outlet side temperature has been reached. Thus, it is possible to provide a fuel reforming system for an internal combustion engine that can achieve excellent fuel efficiency improvement while efficiently suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
また、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、燃料改質触媒に燃料を供給しないように燃料供給手段の作動を停止させるときに、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質を行っていないときに触媒の性能を回復させることができるため、燃料改質触媒の劣化を適時抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Further, according to the present invention, in a fuel reforming system for reacting a fuel of an internal combustion engine and at least a part of an exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means Control means, and the control means operates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause a combustion reaction of the fuel and air, and steam reforming in the fuel reforming catalyst In a structure that promotes the reaction Further, it is preferable that the secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst is operated when the operation of the fuel supply means is stopped so as not to supply the fuel to the fuel reforming catalyst. It is. As a result, the performance of the catalyst can be recovered when fuel reforming is not being performed, so that the fuel reforming system for an internal combustion engine that can realize excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst in a timely manner. Can be provided.
更に、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、燃料改質触媒に燃料を供給するように燃料供給手段の作動を開始させるときに、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質を行っていないときに触媒の性能を回復させることができるため、燃料改質触媒の劣化を適時抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Furthermore, in the present invention, in a fuel reforming system that reacts a fuel of an internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means Control means, and the control means operates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause a combustion reaction of the fuel and air, and steam reforming in the fuel reforming catalyst In a structure that promotes the reaction Further, it is preferable that the secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst is operated when the operation of the fuel supply means is started so as to supply fuel to the fuel reforming catalyst. It is. As a result, the performance of the catalyst can be recovered when fuel reforming is not being performed, so that the fuel reforming system for an internal combustion engine that can realize excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst in a timely manner. Can be provided.
また、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進されるストイキ〜リッチの雰囲気となるように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質触媒の劣化を効率的に抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Further, according to the present invention, in a fuel reforming system for reacting a fuel of an internal combustion engine and at least a part of an exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means Control means, and the control means operates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause a combustion reaction of the fuel and air, and steam reforming in the fuel reforming catalyst In a structure that promotes the reaction Further, it is preferable that the secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst is operated so as to obtain a stoichiometric to rich atmosphere in which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst is promoted. It is. Thus, it is possible to provide a fuel reforming system for an internal combustion engine that can achieve excellent fuel efficiency improvement while efficiently suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
更に、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、燃料改質触媒における燃料と空気との燃焼反応と、燃料改質触媒における水蒸気改質反応とが促進される空間速度となるように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質触媒の劣化を効率的に抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Furthermore, in the present invention, in a fuel reforming system that reacts a fuel of an internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means Control means, and the control means operates a fuel supply means and a secondary air supply means for supplying fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause a combustion reaction of the fuel and air, and steam reforming in the fuel reforming catalyst In a structure that promotes the reaction Further, the secondary supplying air to the fuel reforming catalyst so as to achieve a space velocity that promotes the combustion reaction between the fuel and air in the fuel reforming catalyst and the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst. It is preferable that the air supply means be activated. Thus, it is possible to provide a fuel reforming system for an internal combustion engine that can achieve excellent fuel efficiency improvement while efficiently suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
また、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段としてのリード弁と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段と備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、リード弁が外部の空気を取り込んで燃料改質触媒に空気を供給するように改質供給流路内の圧力を低下させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質システムにおいて簡易な構成からなる圧力低下手段を機能させて、燃料改質触媒の劣化を抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。また、構成が簡易であるためコスト増を免れることができるという利点もある。 Further, according to the present invention, in a fuel reforming system for reacting a fuel of an internal combustion engine and at least a part of an exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a reed valve as a secondary air supply means disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplying air to the fuel reforming catalyst, a fuel supply means and a secondary air supply Control means for controlling the means, and the control means operates the fuel supply means and the secondary air supply means for supplying the fuel and air to the fuel reforming catalyst to cause the fuel and air to undergo a combustion reaction. Promotes steam reforming reaction A configuration for further, it is preferable that the reed valve is configured to reduce the pressure in the reforming supply passage to supply air to the fuel reforming catalyst takes in outside air. Thus, a fuel reforming system for an internal combustion engine capable of realizing excellent fuel efficiency improvement while suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst by causing the pressure reducing means having a simple configuration to function in the fuel reforming system is provided. be able to. Further, since the configuration is simple, there is an advantage that an increase in cost can be avoided.
更に、本発明においては、内燃機関の燃料と内燃機関の排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムにおいて、内燃機関の排気ガス循環流路と、排気ガス循環流路に配設される燃料改質触媒と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より上流側に配設され、燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、燃料供給手段及び2次空気供給手段を制御する制御手段と、排気ガス循環流路における燃料改質触媒より下流側に配設され、燃料改質触媒の劣化度合いを検知する劣化度合い検知手段とを備え、制御手段が、燃料改質触媒に燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び2次空気供給手段を作動させ、燃料及び空気を燃焼反応させ、燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させる構成であって、更に、予め取得してある2次空気供給手段の2次空気供給量と燃料改質触媒の劣化回復度合いとの関係を示す2次空気供給量−劣化回復度合いマップデータと劣化度合い検知手段からの入力に応じて、燃料改質触媒の劣化度合いを回復するための2次空気供給量の空気を供給するように燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段を作動させる構成であることが好適である。これにより、燃料改質触媒の劣化を効率的に抑制しながら、優れた燃費改善を実現し得る内燃機関の燃料改質システムを提供することができる。 Furthermore, in the present invention, in a fuel reforming system that reacts a fuel of an internal combustion engine and at least a part of the exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, the exhaust of the internal combustion engine A gas circulation channel, a fuel reforming catalyst disposed in the exhaust gas circulation channel, and a fuel that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation channel and supplies fuel to the fuel reforming catalyst A supply means, a secondary air supply means that is disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and supplies air to the fuel reforming catalyst, and controls the fuel supply means and the secondary air supply means A control means, and a deterioration degree detection means that is disposed downstream of the fuel reforming catalyst in the exhaust gas circulation passage and detects the degree of deterioration of the fuel reforming catalyst, and the control means supplies fuel to the fuel reforming catalyst. And fuel supplier to supply air And the secondary air supply means is operated to cause the fuel and air to undergo a combustion reaction to promote the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst. The degree of deterioration of the fuel reforming catalyst is recovered in accordance with the secondary air supply amount-deterioration recovery degree map data indicating the relationship between the air supply amount and the degree of deterioration recovery of the fuel reforming catalyst and the input from the deterioration degree detecting means. It is preferable that the secondary air supply means for supplying air to the fuel reforming catalyst is operated so as to supply a secondary air supply amount of air. Thus, it is possible to provide a fuel reforming system for an internal combustion engine that can achieve excellent fuel efficiency improvement while efficiently suppressing deterioration of the fuel reforming catalyst.
以上、本発明を若干の形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some forms, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
すなわち、上述した各形態の燃料改質システムに記載した構成は、各形態毎に限定されるものではなく、例えば、各形態の構成を上述した各形態以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。 That is, the configuration described in the fuel reforming system of each embodiment described above is not limited to each embodiment. For example, the configuration of each embodiment may be combined other than each embodiment described above, or the details of the configuration may be changed. You can do it.
また、例えば、上述した各形態においては、燃料供給対象や排気回収対象として内燃機関を例示したが、これに限定されるものではなく、燃料電池などについても適用することができる。 Further, for example, in each of the above-described embodiments, the internal combustion engine is exemplified as the fuel supply target and the exhaust recovery target. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a fuel cell or the like.
1A,1B,1C 燃料改質システム
10 エンジン
11 シリンダ
12 燃焼室
12a 吸気口
12b 排気口
13 吸気バルブ
14 排気バルブ
15 ピストン
16 スパークプラグ
20 吸気パイプ
21 主燃料供給装置
22 吸気制御バルブ
30 排気パイプ
31 排気制御バルブ
40 EGRパイプ
41a 2次空気噴射装置
41b リード弁
42 改質用燃料噴射装置
43 燃料改質触媒
44 温度検出器
45 EGRクーラ
46 EGRバルブ
47 水素濃度検出器
50 コントローラ
1A, 1B, 1C
Claims (8)
改質供給流路と、
上記改質供給流路に配設される燃料改質触媒と、
上記改質供給流路における上記燃料改質触媒より上流側に配設され、該燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
上記改質供給流路における上記燃料改質触媒より上流側に配設され、該燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、
上記燃料供給手段及び上記2次空気供給手段を制御する制御手段と、
を備え、
上記2次空気制御手段が、リード弁を有し、
上記制御手段が、上記燃料改質触媒に上記燃料及び上記空気を供給する上記燃料供給手段及び上記2次空気供給手段を作動させ、該燃料及び該空気を燃焼反応させ、該燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させ、
上記制御手段が、上記リード弁が外部の空気を取り込んで該燃料改質触媒に上記空気を供給するように上記改質供給流路内の圧力を低下させる
ことを特徴とする燃料改質システム。 A fuel reforming system for reforming fuel to produce reformed gas containing hydrogen,
A reforming supply channel;
A fuel reforming catalyst disposed in the reforming supply channel;
A fuel supply means disposed on the upstream side of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel and configured to supply fuel to the fuel reforming catalyst;
A secondary air supply means disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel and supplying air to the fuel reforming catalyst;
Control means for controlling the fuel supply means and the secondary air supply means;
With
The secondary air control means has a reed valve,
The control means operates the fuel supply means and the secondary air supply means for supplying the fuel and the air to the fuel reforming catalyst to cause the fuel and the air to undergo a combustion reaction. Promote steam reforming reaction ,
The fuel is characterized in that the control means reduces the pressure in the reforming supply flow path so that the reed valve takes in external air and supplies the air to the fuel reforming catalyst. Reforming system.
改質供給流路と、A reforming supply channel;
上記改質供給流路に配設される燃料改質触媒と、A fuel reforming catalyst disposed in the reforming supply channel;
上記改質供給流路における上記燃料改質触媒より上流側に配設され、該燃料改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、A fuel supply means disposed on the upstream side of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel and configured to supply fuel to the fuel reforming catalyst;
上記改質供給流路における上記燃料改質触媒より上流側に配設され、該燃料改質触媒に空気を供給する2次空気供給手段と、A secondary air supply means disposed upstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel and supplying air to the fuel reforming catalyst;
上記燃料供給手段及び上記2次空気供給手段を制御する制御手段と、Control means for controlling the fuel supply means and the secondary air supply means;
を備え、With
上記改質供給流路における上記燃料改質触媒より下流側に配設され、該燃料改質触媒の劣化度合いを検知する劣化度合い検知手段を更に備え、Further comprising a deterioration degree detecting means disposed downstream of the fuel reforming catalyst in the reforming supply channel and detecting the degree of deterioration of the fuel reforming catalyst;
上記制御手段が、上記燃料改質触媒に上記燃料及び上記空気を供給する上記燃料供給手段及び上記2次空気供給手段を作動させ、該燃料及び該空気を燃焼反応させ、該燃料改質触媒における水蒸気改質反応を促進させ、The control means operates the fuel supply means and the secondary air supply means for supplying the fuel and the air to the fuel reforming catalyst to cause the fuel and the air to undergo a combustion reaction. Promote steam reforming reaction,
上記制御手段が、予め取得してある上記2次空気供給手段の2次空気供給量と上記燃料改質触媒の劣化回復度合いとの関係を示す2次空気供給量−劣化回復度合いマップデータと上記劣化度合い検知手段からの入力に応じて、上記燃料改質触媒の劣化度合いを回復するための2次空気供給量の空気を供給するように該燃料改質触媒に上記空気を供給する該2次空気供給手段を作動させるSecondary air supply amount-deterioration recovery degree map data showing the relationship between the secondary air supply amount of the secondary air supply means and the degree of deterioration recovery of the fuel reforming catalyst acquired in advance by the control means; The secondary supplying the air to the fuel reforming catalyst so as to supply a secondary air supply amount of air for recovering the deterioration degree of the fuel reforming catalyst in response to an input from the deterioration degree detecting means. Activating the air supply means
ことを特徴とする燃料改質システム。A fuel reforming system characterized by that.
上記改質供給流路が、上記内燃機関の排気ガス循環流路である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料改質システム。 The fuel reforming system is a fuel reforming system that reacts a fuel of an internal combustion engine and at least a part of an exhaust of the internal combustion engine to reform the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen,
The fuel reforming system according to claim 1 or 2 , wherein the reforming supply channel is an exhaust gas circulation channel of the internal combustion engine.
上記制御手段が、予め取得してある上記燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される該燃料改質触媒の出口側温度と、上記温度検出器から入力される該燃料改質触媒の出口側温度とを対比して、該温度検出器から入力される該燃料改質触媒の出口側温度が該燃料改質触媒における水蒸気改質反応が促進される該燃料改質触媒の出口側温度に達していると判断したときに、該燃料改質触媒に上記空気を供給する上記2次空気供給手段を作動させる
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の燃料改質システム。 A temperature detector for measuring the outlet side temperature of the fuel reforming catalyst,
The control means obtains the outlet temperature of the fuel reforming catalyst at which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst acquired in advance is accelerated, and the outlet of the fuel reforming catalyst input from the temperature detector The outlet temperature of the fuel reforming catalyst input from the temperature detector is compared with the outlet temperature of the fuel reforming catalyst at which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst is accelerated. The fuel reformer according to any one of claims 1 to 3 , wherein the secondary air supply means for supplying the air to the fuel reforming catalyst is operated when it is determined that the fuel reforming catalyst has been reached. Quality system.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の燃料改質システム。 When the control means stops the operation of the fuel supply means so as not to supply the fuel to the fuel reforming catalyst, the secondary air supply means for supplying the air to the fuel reforming catalyst is operated. The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の燃料改質システム。 When the control means starts the operation of the fuel supply means so as to supply the fuel to the fuel reforming catalyst, the secondary air supply means for supplying the air to the fuel reforming catalyst is operated. The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の燃料改質システム。 The control means operates the secondary air supply means for supplying the air to the fuel reforming catalyst so as to obtain a stoichiometric to rich atmosphere in which the steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst is promoted. The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の燃料改質システム。 The control means causes the fuel reforming catalyst to have a space velocity that promotes a combustion reaction between the fuel and the air in the fuel reforming catalyst and a steam reforming reaction in the fuel reforming catalyst. The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 7, wherein the secondary air supply means for supplying air is operated.
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