JP6300085B2 - Internal combustion engine system - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関システムに関する。更に詳細には、本発明は、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止し得る内燃機関システムに関する。   The present invention relates to an internal combustion engine system. More specifically, the present invention relates to an internal combustion engine system that can suppress or prevent carbon deposition in a reforming catalyst disposed in an exhaust gas circulation passage.

従来、コーキングの発生を抑制すると共に改質ガスの生成効率を向上することで燃費の向上を図った内燃機関の制御装置が提案されている。
そして、この内燃機関の制御装置は、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを加熱して改質することでリフォーマガスを生成する燃料改質手段と、燃料改質手段で生成されたリフォーマガスを内燃機関の吸気通路に供給するリフォーマガス供給手段と、湿度を検出する湿度検出手段と、湿度検出手段の検出結果に基づいて燃料と酸素を含むガスとの混合比率を変更する混合比率変更手段とを備える(特許文献1参照。)。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a control apparatus for an internal combustion engine that suppresses the occurrence of coking and improves the fuel efficiency by improving the generation efficiency of reformed gas.
The control device for the internal combustion engine is generated by a fuel reforming unit that generates reformer gas by heating and reforming a mixed gas composed of a fuel and a gas containing oxygen, and the fuel reforming unit. The reformer gas supply means for supplying the reformer gas to the intake passage of the internal combustion engine, the humidity detection means for detecting the humidity, and the mixing ratio of the gas containing fuel and oxygen is changed based on the detection result of the humidity detection means. Mixing ratio changing means (see Patent Document 1).

特開2006−291757号公報JP 2006-291757 A

ところで、内燃機関の運転ではその状況により、ストイキ燃焼となるように設定しても未燃炭化水素が存在する場合があり、特許文献1に記載された内燃機関の制御装置においては、三元触媒の下流側の排気管から一部の排気ガスが還流通路に導入されており、排出される未燃炭化水素は還流通路に導入される前に三元触媒で浄化されるため、還流通路に配設された改質触媒が未燃炭化水素を含む排気ガスに曝されることについて何ら考慮した構成となっていない。   By the way, depending on the situation of the operation of the internal combustion engine, unburned hydrocarbons may exist even if it is set to be stoichiometric combustion. In the control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, the three-way catalyst Part of the exhaust gas is introduced into the recirculation passage from the exhaust pipe downstream of the exhaust gas, and the unburned hydrocarbons discharged are purified by the three-way catalyst before being introduced into the recirculation passage. There is no configuration in which the provided reforming catalyst is exposed to exhaust gas containing unburned hydrocarbons.

そして、未燃炭化水素を含む排気ガスに改質触媒が曝されることがある構成である場合には、排気ガスの湿度や、内燃機関の回転数、内燃機関の負荷、排気ガス温度などに基づいて燃料と酸素を含むガスとの混合比率を変更しても、改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができないという問題点があった。   When the reforming catalyst may be exposed to exhaust gas containing unburned hydrocarbons, the humidity of the exhaust gas, the rotational speed of the internal combustion engine, the load of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature, etc. Even if the mixing ratio of the fuel and the gas containing oxygen is changed based on this, there is a problem that the deposition of carbon in the reforming catalyst cannot be suppressed or prevented.

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、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine system that can suppress or prevent the deposition of carbon in a reforming catalyst disposed in an exhaust gas circulation passage.

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、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成とすることにより、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 amount of unburned hydrocarbons in the combustion chamber is estimated, and based on the estimated amount of unburned hydrocarbons, the supply amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled. The present inventors have found that the object can be achieved and have completed the present invention.

すなわち、本発明の内燃機関システムは、燃焼室を有する内燃機関と、燃焼室に接続された吸気流路と、燃焼室に接続された排気流路と、排気流路に配設され、排気ガスを浄化する三元触媒と、三元触媒の配設位置より排気ガス流れに対して上流側の排気流路と吸気流路とを接続する排気循環流路と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給手段と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒と、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する未燃炭化水素量推定制御手段と、を備え、未燃炭化水素量推定制御手段が、三元触媒の触媒反応上昇温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段により予め取得された推定温度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、マップデータと温度推定手段により推定される推定温度とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御し、マップデータにおける予め取得された推定温度と予め取得された推定未燃炭化水素量とが、下記の式(1)推定未燃炭化水素量(%)=ΔT/T af ×100・・・(1)(式(1)中、ΔTは温度推定手段により推定される推定温度、T af は燃料の断熱火炎温度を示す。)で表される関係を有するものである。 That is, an internal combustion engine system according to the present invention includes an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage, and an exhaust gas A three-way catalyst that purifies the exhaust gas, an exhaust circulation passage that connects the exhaust passage and the intake passage upstream of the exhaust gas flow from the position of the three-way catalyst, and reforming in the exhaust circulation passage A fuel supply means for supplying fuel for use, and a reformer that is disposed in the exhaust circulation passage and generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the exhaust circulation passage and the reforming fuel Estimating the amount of unburned hydrocarbons in the combustion chamber and the catalyst, and controlling the amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the estimated amount of unburned hydrocarbons and it means, and unburned hydrocarbons quantity estimation control unit, estimated the catalytic reaction increases the temperature of the three-way catalyst Storing the map data of the estimated temperature previously obtained by the temperature estimating means, the estimated unburned hydrocarbon quantity previously obtained by the unburned hydrocarbon quantity estimation control means, and the supply amount of reforming fuel And a supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the result obtained by the arithmetic processing means from the map data and the estimated temperature estimated by the temperature estimation means. The estimated temperature acquired in advance in the map data and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance are expressed by the following equation (1) estimated unburned hydrocarbon amount (%) = ΔT / T af × 100. 1) (In formula (1), ΔT represents an estimated temperature estimated by the temperature estimating means, and T af represents the adiabatic flame temperature of the fuel) .

本発明によれば、燃焼室を有する内燃機関と、燃焼室に接続された吸気流路と、燃焼室に接続された排気流路と、排気流路に配設され、排気ガスを浄化する三元触媒と、三元触媒の配設位置より排気ガス流れに対して上流側の排気流路と吸気流路とを接続する排気循環流路と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給手段と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒と、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する未燃炭化水素量推定制御手段と、を備え、未燃炭化水素量推定制御手段が、三元触媒の触媒反応上昇温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段により予め取得された推定温度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、マップデータと温度推定手段により推定される推定温度とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御し、マップデータにおける予め取得された推定温度と予め取得された推定未燃炭化水素量とが、下記の式(1)推定未燃炭化水素量(%)=ΔT/T af ×100・・・(1)(式(1)中、ΔTは温度推定手段により推定される推定温度、T af は燃料の断熱火炎温度を示す。)で表される関係を有する構成とした。
そのため、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することができる。
According to the present invention, an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage connected to the combustion chamber, and an exhaust passage disposed in the exhaust passage to purify exhaust gas. The reforming fuel is supplied into the exhaust gas circulation channel, the exhaust gas circulation channel connecting the exhaust gas flow channel upstream of the exhaust gas flow from the position where the three-way catalyst is disposed, and the intake gas flow channel. A fuel supply means, a reforming catalyst that is disposed in the exhaust circulation passage and generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the exhaust circulation passage and the reforming fuel, and combustion An unburned hydrocarbon amount estimation control means for estimating an unburned hydrocarbon amount in the chamber and controlling a supply amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the estimated unburned hydrocarbon amount; includes, unburned hydrocarbon amount estimation control means includes temperature estimating means for estimating the catalytic reaction increases the temperature of the three-way catalyst, Calculation processing means for storing map data of the estimated temperature acquired in advance by the degree estimation means, the estimated unburned hydrocarbon quantity acquired in advance by the unburned hydrocarbon quantity estimation control means, and the supply amount of reforming fuel And controlling the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the result obtained by the arithmetic processing means from the map data and the estimated temperature estimated by the temperature estimation means, and obtaining in advance in the map data The estimated temperature obtained and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance are expressed by the following equation (1) estimated unburned hydrocarbon amount (%) = ΔT / T af × 100 (1) (equation (1 ), ΔT is the estimated temperature estimated by the temperature estimating means, and T af represents the adiabatic flame temperature of the fuel .
Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine system that can suppress or prevent carbon deposition in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation passage.

図1は、実施例1の内燃機関システムの概略を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of the internal combustion engine system according to the first embodiment. 図2は、実施例2の内燃機関システムの概略を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the internal combustion engine system of the second embodiment. 図3は、実施例3の内燃機関システムの概略を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of the internal combustion engine system of the third embodiment. 図4は、本発明における効果を説明するグラフ図である。FIG. 4 is a graph illustrating the effect of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関システムについて詳細に説明する。   Hereinafter, an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る内燃機関システムは、燃焼室を有する内燃機関と、燃焼室に接続された吸気流路と、燃焼室に接続された排気流路と、排気流路に配設され、排気ガスを浄化する三元触媒と、三元触媒の配設位置より排気ガス流れに対して上流側の排気流路と吸気流路とを接続する排気循環流路と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給手段と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒と、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する未燃炭化水素量推定制御手段と、を備えたものである。
(First embodiment)
The internal combustion engine system according to the first embodiment is disposed in an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage connected to the combustion chamber, and an exhaust passage. A three-way catalyst for purifying the exhaust gas, an exhaust circulation passage connecting the exhaust passage and the intake passage upstream of the exhaust gas flow from the position of the three-way catalyst, and an exhaust circulation passage A fuel supply means for supplying the reforming fuel and a reformed gas that is disposed in the exhaust circulation passage and that uses hydrogen and the reforming fuel in the exhaust circulation passage to generate reformed gas containing hydrogen. The amount of unburned hydrocarbons for estimating the amount of unburned hydrocarbons in the reforming catalyst and the combustion chamber and controlling the amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the estimated amount of unburned hydrocarbons And an estimation control means.

このような構成とすることにより、推定される燃料室における未燃炭化水素量に基づいて、改質用燃料の供給量を制御することができるため、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。   With such a configuration, the amount of reforming fuel supplied can be controlled based on the estimated amount of unburned hydrocarbons in the fuel chamber. Carbon deposition in the catalyst can be suppressed or prevented. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.

そして、本実施形態の内燃機関システムにおいては、例えば、未燃炭化水素量推定制御手段が、未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段を有すると共に、マップデータと未燃炭化水素量推定制御手段により推定される未燃炭化水素量とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが好ましい。
このような構成とすることにより、予め取得しておいたマップデータに基づいて未燃炭化水素量を推定することができるので、センサー等の部品を追加することなく、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。
In the internal combustion engine system according to the present embodiment, for example, the unburned hydrocarbon amount estimation control unit supplies the estimated unburned hydrocarbon amount and the reforming fuel acquired in advance by the unburned hydrocarbon amount estimation control unit. And a fuel supply unit based on a result obtained by the arithmetic processing unit from the map data and the unburned hydrocarbon amount estimated by the unburned hydrocarbon amount estimation control unit. It is preferable to have a configuration for controlling the amount of reforming fuel supplied by the means.
With this configuration, it is possible to estimate the amount of unburned hydrocarbons based on map data acquired in advance, so it is arranged in the exhaust circulation channel without adding parts such as sensors. It is possible to suppress or prevent the deposition of carbon in the reformed catalyst. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.

また、本実施形態の内燃機関システムにおいては、例えば、未燃炭化水素量推定制御手段が、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する際に、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を減らす制御をする構成を有することが好ましい。
このような構成とすることにより、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。
In the internal combustion engine system of the present embodiment, for example, when the unburned hydrocarbon amount estimation control means controls the supply amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means, the fuel supply means supplies It is preferable to have a configuration that controls to reduce the amount of quality fuel supplied.
By setting it as such a structure, precipitation of the carbon content in the reforming catalyst arrange | positioned at the exhaust gas circulation flow path can be suppressed thru | or prevented. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.

更に、本実施形態においては、例えば、未燃炭化水素量推定制御手段が、燃焼室における未燃炭化水素量を推定する際に、推定される未燃炭化水素量に基づいて水蒸気量を推定し、推定される水蒸気量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが好ましい。
このような構成とすることにより、排気ガス中の水蒸気量(濃度)も考慮して、改質用燃料の供給量を減らすなどの制御をすることができるので、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。
つまり、特に、炭素分が析出するか否かは、温度と排気ガス中の水蒸気量にも依存するため、各温度で許容されているスチームカーボン比(S/C)以上となるように、改質用燃料の供給量を減らすことが好ましい。
そして、未燃炭化水素が存在するということは、排気ガス中の水蒸気量も未燃炭化水素が存在しない場合と比較して少ない。
したがって、未燃炭化水素が存在することによって、減少している排気ガス中の水蒸気量を考慮して、各温度で許容されているS/C以上となるように、改質用燃料の供給量を減らすことが好ましい。
Further, in the present embodiment, for example, when the unburned hydrocarbon amount estimation control means estimates the unburned hydrocarbon amount in the combustion chamber, it estimates the water vapor amount based on the estimated unburned hydrocarbon amount. It is preferable that the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled based on the estimated water vapor amount.
By adopting such a configuration, it is possible to perform control such as reducing the supply amount of reforming fuel in consideration of the amount (concentration) of water vapor in the exhaust gas. The deposition of carbon in the reforming catalyst can be suppressed or prevented. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.
That is, in particular, whether or not carbon is deposited depends on the temperature and the amount of water vapor in the exhaust gas, so that the steam carbon ratio (S / C) allowed at each temperature is improved. It is preferable to reduce the supply of quality fuel.
And the presence of unburned hydrocarbons means that the amount of water vapor in the exhaust gas is also smaller than when no unburned hydrocarbons are present.
Therefore, the supply amount of the reforming fuel is set so that the S / C or more allowed at each temperature is considered in consideration of the amount of water vapor in the exhaust gas that is decreasing due to the presence of unburned hydrocarbons. Is preferably reduced.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る内燃機関システムは、未燃炭化水素量推定制御手段が、三元触媒の触媒反応上昇温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段により予め取得された推定温度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、マップデータと温度推定手段により推定される推定温度とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが、上述の第1の実施形態と相違する。
(Second Embodiment)
In the internal combustion engine system according to the second embodiment, the unburned hydrocarbon amount estimation control means includes a temperature estimation means for estimating the catalytic reaction rising temperature of the three-way catalyst, an estimated temperature previously acquired by the temperature estimation means, Computational processing means for storing map data of the estimated unburned hydrocarbon quantity and the supply amount of reforming fuel acquired in advance by the fuel hydrocarbon quantity estimation control means, and is estimated by the map data and the temperature estimation means. This is different from the first embodiment described above in that the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled based on the result obtained by the arithmetic processing means from the estimated temperature.

このような構成とすることにより、三元触媒の触媒反応上昇温度に基づいて、燃料室における未燃炭化水素量が推定され、推定される燃焼室における未燃炭化水素量に基づいて、改質用燃料の供給量を制御することができるため、触媒反応上昇温度を推定することにより、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。   With such a configuration, the amount of unburned hydrocarbon in the fuel chamber is estimated based on the catalytic reaction rising temperature of the three-way catalyst, and the reforming is performed based on the estimated amount of unburned hydrocarbon in the combustion chamber. Since the fuel supply amount can be controlled, it is possible to suppress or prevent carbon deposition in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation flow path by estimating the catalyst reaction rising temperature. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.

また、本実施形態の内燃機関システムにおいては、例えば、マップデータにおける予め取得された推定温度と予め取得された推定未燃炭化水素量とが、下記の式(1)で表される関係を有する構成を有することが好ましい。   In the internal combustion engine system of the present embodiment, for example, the estimated temperature acquired in advance in the map data and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance have a relationship represented by the following equation (1). It is preferable to have a configuration.

推定未燃炭化水素量(%)=ΔT/Taf×100・・・(1)
(式(1)中、ΔTは温度推定手段により推定される推定温度、Tafは燃料の断熱火炎温度を示す。)
Estimated unburned hydrocarbon amount (%) = ΔT / T af × 100 (1)
(In the formula (1), ΔT represents the estimated temperature estimated by the temperature estimating means, and T af represents the adiabatic flame temperature of the fuel.)

このように、マップデータにおける予め取得された推定温度と予め取得された推定未燃炭化水素量とが、上記の式(1)で表される関係を有する構成を有すると、未燃炭化水素量を簡便な式で推定することができる。   As described above, when the estimated temperature acquired in advance in the map data and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance have a relationship represented by the above formula (1), the unburned hydrocarbon amount. Can be estimated by a simple equation.

(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る内燃機関システムは、未燃炭化水素量推定制御手段が、燃焼室の出口に設けられた酸素濃度センサと、酸素濃度センサにより予め取得された検知酸素濃度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、マップデータと酸素濃度センサにより検知される検知酸素濃度とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが、上述の第1又は第2の実施形態と相違する。
(Third embodiment)
In the internal combustion engine system according to the third embodiment, the unburned hydrocarbon amount estimation control means includes an oxygen concentration sensor provided at the outlet of the combustion chamber, a detected oxygen concentration acquired in advance by the oxygen concentration sensor, and an unburned hydrocarbon. And a calculation processing means for storing map data of the estimated unburned hydrocarbon amount and the supply amount of reforming fuel obtained in advance by the hydrogen amount estimation control means, and detection detected by the map data and the oxygen concentration sensor. It differs from the first or second embodiment described above in that it has a configuration for controlling the amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the result obtained by the arithmetic processing means from the oxygen concentration. .

このような構成とすることにより、燃焼室の出口の酸素濃度に基づいて、燃料室における未燃炭化水素量が推定され、推定される燃焼室における未燃炭化水素量に基づいて、改質用燃料の供給量を制御することができるため、燃焼室の出口の酸素濃度を検知することにより、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。また、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができるため、燃費低下に繋がる再生処理の頻度を減らすことができるという利点もある。   With such a configuration, the amount of unburned hydrocarbon in the fuel chamber is estimated based on the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber, and the reforming amount is determined based on the estimated amount of unburned hydrocarbon in the combustion chamber. Since the amount of fuel supply can be controlled, it is possible to suppress or prevent the deposition of carbon in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation passage by detecting the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber. . Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, since the performance degradation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, there is also an advantage that the frequency of the regeneration process that leads to a reduction in fuel consumption can be reduced.

以下、本発明の内燃機関システムを若干の実施例に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an internal combustion engine system of the present invention will be described in detail based on some embodiments with reference to the drawings.

(実施例1)
図1は、実施例1の内燃機関システムの概略を示す説明図である。図1に示すように、本例の内燃機関システム1Aは、往復動型内燃機関の一例である4サイクルのエンジン10と、吸気流路(以下「吸気パイプ」という。)20と、排気流路(以下「排気パイプ」という。)30と、三元触媒40と、排気循環流路(以下「EGR(Exhaust Gas Recirculation)パイプ」という。)50と、燃料供給手段60と、改質触媒70と、コントローラ80とを備える。
Example 1
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of the internal combustion engine system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, an internal combustion engine system 1A of the present example includes a four-cycle engine 10 that is an example of a reciprocating internal combustion engine, an intake passage (hereinafter referred to as “intake pipe”) 20, and an exhaust passage. (Hereinafter referred to as “exhaust pipe”) 30, three-way catalyst 40, exhaust circulation passage (hereinafter referred to as “EGR (Exhaust Gas Recirculation) pipe”) 50, fuel supply means 60, reforming catalyst 70, And a controller 80.

そして、吸気パイプ20は、エンジン10の燃焼室11の吸気口11aに接続されており、排気パイプ30は、エンジン10の燃焼室11の排気口11bに接続されている。また、三元触媒40は、排気パイプ30に配設され、排気ガスを浄化するものである。更に、EGRパイプ50は、三元触媒40の配設位置より排気ガス流れに対して上流側の排気パイプ30と吸気パイプ20とを接続するものであって、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。また、燃料供給手段60は、EGRパイプ50内に改質用燃料を供給するものである。更に、改質触媒70は、EGRパイプ50に配設され、EGRパイプ50内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成するものである。また、コントローラ80は、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するものであって、燃焼室11における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段60が供給する改質用燃料の供給量を制御するものである。   The intake pipe 20 is connected to the intake port 11 a of the combustion chamber 11 of the engine 10, and the exhaust pipe 30 is connected to the exhaust port 11 b of the combustion chamber 11 of the engine 10. The three-way catalyst 40 is disposed in the exhaust pipe 30 and purifies the exhaust gas. Further, the EGR pipe 50 connects the exhaust pipe 30 and the intake pipe 20 on the upstream side with respect to the exhaust gas flow from the position where the three-way catalyst 40 is disposed. The EGR pipe 50 is exhausted from the exhaust pipe 30 to the intake pipe 20. Is for partly dividing, that is, refluxing. The fuel supply means 60 supplies reforming fuel into the EGR pipe 50. Further, the reforming catalyst 70 is disposed in the EGR pipe 50, and generates reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the EGR pipe 50 and the reforming fuel. The controller 80 functions as unburned hydrocarbon amount estimation control means, estimates the unburned hydrocarbon amount in the combustion chamber 11, and based on the estimated unburned hydrocarbon amount, supplies fuel. The supply amount of the reforming fuel supplied by 60 is controlled.

また、エンジン10には、吸気口11aの開閉を行う吸気バルブ11cと、排気口11bの開閉を行う排気バルブ11dと、燃焼室11内で往復動するピストン11eと、燃焼室11内で混合気に電気火花をとばすスパークプラグ11fとが配設されている。   Further, the engine 10 includes an intake valve 11c that opens and closes the intake port 11a, an exhaust valve 11d that opens and closes the exhaust port 11b, a piston 11e that reciprocates in the combustion chamber 11, and an air-fuel mixture in the combustion chamber 11. A spark plug 11f that displaces electric sparks is disposed.

更に、吸気パイプ20には、吸気口11a近傍に主燃料供給手段21が配設されており、主燃料供給手段21の吸気方向上流側に吸気パイプ20内を燃焼室11に向かって流通する空気の空気量を制御するための吸気制御バルブ22が更に配設されている。ここで、主燃料供給手段21は、燃焼室11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 intake pipe 20 is provided with a main fuel supply means 21 in the vicinity of the intake port 11a, and the air flowing in the intake pipe 20 toward the combustion chamber 11 on the upstream side of the main fuel supply means 21 in the intake direction. An intake control valve 22 for controlling the amount of air is further provided. Here, the main fuel supply means 21 has a function of injecting main fuel into the combustion chamber 11 or the intake pipe 20.

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 exhaust pipe 30 is provided with an exhaust control valve 31 for controlling the exhaust amount of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 30.

更に、三元触媒40には、触媒床温度を検知するための触媒床温度センサ32が配設されている。   Further, the three-way catalyst 40 is provided with a catalyst bed temperature sensor 32 for detecting the catalyst bed temperature.

また、EGRパイプ50には、排気ガス流れに対して上流側から下流側に向かう方向(図中矢印αで示す。)に、EGR内に改質用燃料を供給する燃料供給手段60と、改質触媒70と、EGRクーラ51と、EGRバルブ52とが順次配設されている。なお、改質用燃料は、上記主燃料と同一であってもよく、異なっていてもよい。   The EGR pipe 50 includes a fuel supply means 60 for supplying reforming fuel into the EGR in a direction (indicated by an arrow α in the figure) from the upstream side to the downstream side with respect to the exhaust gas flow. A quality catalyst 70, an EGR cooler 51, and an EGR valve 52 are sequentially arranged. The reforming fuel may be the same as or different from the main fuel.

ここで、改質触媒70は、EGRパイプ50内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成するものである。代表的には、改質用燃料と排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する機能を有するものであり、例えば、貴金属、より具体的にはロジウムを挙げることができる。なお、通常、排気は熱や水分を含むため、改質用燃料を添加することにより、改質触媒は、熱分解反応、水蒸気改質反応、水性ガスシフト反応の少なくとも1つを促進して、水素を含む改質ガスを生成する。   Here, the reforming catalyst 70 generates reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the EGR pipe 50 and the reforming fuel. Typically, it has a function of reacting the reforming fuel and at least a part of the exhaust, and reforming the fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, such as a noble metal, more specifically May include rhodium. Normally, since exhaust contains heat and moisture, the reforming catalyst promotes at least one of a thermal decomposition reaction, a steam reforming reaction, and a water gas shift reaction by adding a reforming fuel, and hydrogen. The reformed gas containing is generated.

また、EGRクーラ51は、排気や改質ガスを冷却する機能を有するものであり、EGRバルブ52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 EGR cooler 51 has a function of cooling exhaust gas and reformed gas, and the EGR valve 52 has a function of controlling the flow rate of exhaust gas and reformed gas.

更に、コントローラ80は、未燃炭化水素量推定制御手段として機能し得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、演算処理手段81の一例である中央演算処理装置(CPU)などを有する。また、例えば、コントローラ80は、主燃料供給手段21や吸気制御バルブ22、排気制御バルブ31、触媒床温度センサ32、燃料供給手段60、EGRバルブ52、更には吸気バルブ11cや排気バルブ11d、ピストン11eなどの制御部(図示せず。)と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている。   Further, the controller 80 is not particularly limited as long as it can function as an unburned hydrocarbon amount estimation control unit, and includes, for example, a central processing unit (CPU) that is an example of the processing unit 81. . For example, the controller 80 includes the main fuel supply means 21, intake control valve 22, exhaust control valve 31, catalyst bed temperature sensor 32, fuel supply means 60, EGR valve 52, intake valve 11c, exhaust valve 11d, piston It is connected to a control unit (not shown) such as 11e, inputs / outputs signals related to control, and operates them appropriately by executing a predetermined program.

そして、改質触媒が配設されるEGRパイプには、燃焼室内でストイキ燃焼させた排気の一部をEGR率やEGRガス温度に基づく排気制御バルブの制御により供給しているが、燃焼室から未燃炭化水素を含む排気が供給されることがあり、特に、未燃炭化水素量を考慮することなく、改質用燃料を供給する場合、改質用燃料から改質反応により水素を含む改質ガスが得られる一方で、改質用燃料及び未燃炭化水素の合計量のうちの過剰分から改質触媒上に炭素分が生成(堆積)することがある。   The EGR pipe in which the reforming catalyst is disposed is supplied with a part of the exhaust gas that has been stoichiometrically burned in the combustion chamber by controlling the exhaust control valve based on the EGR rate and the EGR gas temperature. Exhaust gas containing unburned hydrocarbons may be supplied, and in particular, when reforming fuel is supplied without considering the amount of unburned hydrocarbons, reforming containing hydrogen by reforming reaction from the reforming fuel. While a quality gas is obtained, carbon may be generated (deposited) on the reforming catalyst from an excess of the total amount of reforming fuel and unburned hydrocarbon.

そこで、本例の内燃機関システムにおいては、例えば、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラにより、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を減らすなどの制御をすることにより、改質触媒に対して、未燃炭化水素量を考慮した改質用燃料を供給することができ、EGRパイプに配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。   Therefore, in the internal combustion engine system of this example, for example, the controller that functions as the unburned hydrocarbon amount estimation control means estimates the unburned hydrocarbon amount in the combustion chamber, and based on the estimated unburned hydrocarbon amount. By performing control such as reducing the supply amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means, it is possible to supply reforming fuel in consideration of the amount of unburned hydrocarbons to the reforming catalyst, Precipitation of carbon in the reforming catalyst disposed in the EGR pipe can be suppressed or prevented. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.

また、本例の内燃機関システムにおいては、例えば、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラが、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラにより予め取得された推定未燃炭化水素量と改質燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段を有すると共に、マップデータと未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラにより推定される未燃炭化水素量とから演算処理手段によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を減らすなどの制御をすることにより、センサ等の部品を追加することなく、改質触媒に対して、未燃炭化水素量を考慮した改質用燃料を供給することができ、EGRパイプに配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。   Further, in the internal combustion engine system of this example, for example, the controller that functions as the unburned hydrocarbon amount estimation control means is the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance by the controller that functions as the unburned hydrocarbon amount estimation control means. Arithmetic processing means for storing map data of the fuel and the supply amount of reformed fuel, and arithmetic processing means from the map data and the unburned hydrocarbon amount estimated by the controller functioning as the unburned hydrocarbon amount estimation control means Based on the results obtained by the above, by controlling the reduction of the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means, the unburned catalyst is not burned to the reforming catalyst without adding components such as sensors. The reforming fuel can be supplied in consideration of the amount of hydrocarbons, and the carbon deposition in the reforming catalyst installed in the EGR pipe is suppressed or prevented. It is possible. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.

(実施例2)
図2は、実施例2の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例1と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Example 2)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the internal combustion engine system of the second embodiment. In addition, about the structure same as Example 1, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

図2に示すように、本例の内燃機関システム1Bは、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラ80が、三元触媒40の触媒反応上昇温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段により予め取得された推定温度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段81とを有すると共に、マップデータと温度推定手段により推定される推定温度とから演算処理手段81によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段60が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが、実施例1の内燃機関システムと相違する。なお、温度推定手段は、三元触媒40の触媒床温度を検出する触媒床温度センサ32と三元触媒40の入口温度を検出する触媒入口温度センサ33と演算処理手段81とが協働してその機能を発揮する。すなわち、三元触媒においては、排気ガス中に未燃炭化水素と酸素があると酸化反応により触媒床温度が上昇するため、触媒床温度センサ32で検出された温度から触媒入口温度センサ33で検出された温度の差を演算処理手段が算出することによって触媒反応上昇温度を推定することができる。なお、未燃炭化水素量により触媒反応上昇温度は異なるため、未燃炭化水素量を推定することができる。   As shown in FIG. 2, in the internal combustion engine system 1B of this example, the controller 80 functioning as the unburned hydrocarbon amount estimation control means has temperature estimation means for estimating the catalytic reaction rising temperature of the three-way catalyst 40, and temperature estimation. Arithmetic processing means 81 for storing map data of the estimated temperature acquired in advance by the means, the estimated unburned hydrocarbon quantity acquired in advance by the unburned hydrocarbon quantity estimation control means, and the supply amount of reforming fuel In addition, the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply unit 60 may be controlled based on the result obtained by the arithmetic processing unit 81 from the map data and the estimated temperature estimated by the temperature estimation unit. This is different from the internal combustion engine system of the first embodiment. Note that the temperature estimation means includes a catalyst bed temperature sensor 32 that detects the catalyst bed temperature of the three-way catalyst 40, a catalyst inlet temperature sensor 33 that detects the inlet temperature of the three-way catalyst 40, and the arithmetic processing means 81. Demonstrate its function. That is, in the three-way catalyst, if there is unburned hydrocarbon and oxygen in the exhaust gas, the catalyst bed temperature rises due to the oxidation reaction, so that the temperature detected by the catalyst bed temperature sensor 32 is detected by the catalyst inlet temperature sensor 33. The arithmetic processing means calculates the temperature difference, and thus the catalyst reaction rising temperature can be estimated. Since the catalyst reaction rising temperature varies depending on the amount of unburned hydrocarbon, the amount of unburned hydrocarbon can be estimated.

そこで、本例の内燃機関システムにおいては、三元触媒の触媒反応上昇温度に基づいて、燃料室における未燃炭化水素量が推定され、推定される燃焼室における未燃炭化水素量に基づいて、改質用燃料の供給量を減らすなどの制御をすることができるため、触媒反応上昇温度を推定することにより、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。
なお、触媒入口温度については、エンジン回転数、負荷等のエンジンの運転状況に応じて推定した値を用いても構わない。また、触媒床温度についても、推定した値を用いても構わない。
Therefore, in the internal combustion engine system of this example, the amount of unburned hydrocarbons in the fuel chamber is estimated based on the catalyst reaction rising temperature of the three-way catalyst, and based on the estimated amount of unburned hydrocarbons in the combustion chamber, Since control such as reducing the supply amount of reforming fuel can be performed, the precipitation of carbon in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation channel is suppressed or prevented by estimating the catalyst reaction rising temperature. can do. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved.
The catalyst inlet temperature may be a value estimated according to the engine operating conditions such as the engine speed and load. Further, an estimated value may be used for the catalyst bed temperature.

例えば、下記の式(1)により、触媒床温度と触媒入口温度との温度差から推定される推定温度ΔTから、未燃炭化水素量を推算することができる。   For example, the amount of unburned hydrocarbons can be estimated from the estimated temperature ΔT estimated from the temperature difference between the catalyst bed temperature and the catalyst inlet temperature by the following equation (1).

推定未燃炭化水素量(%)=ΔT/Taf×100・・・(1)
(式(1)中、ΔTは温度推定手段により推定される推定温度、Tafは燃料の断熱火炎温度を示す。)
Estimated unburned hydrocarbon amount (%) = ΔT / T af × 100 (1)
(In the formula (1), ΔT represents the estimated temperature estimated by the temperature estimating means, and T af represents the adiabatic flame temperature of the fuel.)

燃料の断熱火炎温度は、各燃料の温度と比熱により決まるが、仮に断熱火炎温度が2500℃の燃料を用いた場合であって、ΔTが100℃である場合には、未燃炭化水素量は4%と推算することができる。   The adiabatic flame temperature of the fuel is determined by the temperature and specific heat of each fuel. If a fuel having an adiabatic flame temperature of 2500 ° C. is used and ΔT is 100 ° C., the amount of unburned hydrocarbons is 4% can be estimated.

(実施例3)
図3は、実施例3の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例1又は実施例2と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Example 3)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of the internal combustion engine system of the third embodiment. In addition, about the structure same as Example 1 or Example 2, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

図3に示すように、本例の内燃機関システム1Cは、未燃炭化水素量推定制御手段として機能するコントローラ80が、燃焼室11の出口に設けられた酸素濃度センサ34と、酸素濃度センサ34により予め取得された検知酸素濃度と未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段81とを有すると共に、マップデータと酸素濃度センサ34により検知される検知酸素濃度とから演算処理手段81によって得られる結果に基づいて、燃料供給手段60が供給する改質用燃料の供給量を制御する構成を有することが、上述の第1又は第2の実施形態と相違する。   As shown in FIG. 3, in the internal combustion engine system 1 </ b> C of this example, a controller 80 that functions as an unburned hydrocarbon amount estimation control unit includes an oxygen concentration sensor 34 provided at the outlet of the combustion chamber 11, and an oxygen concentration sensor 34. And an arithmetic processing means 81 for storing map data of the detected oxygen concentration acquired in advance and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance by the unburned hydrocarbon amount estimation control means and the supply amount of reforming fuel. In addition, the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply unit 60 is controlled based on the result obtained by the arithmetic processing unit 81 from the map data and the detected oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 34. This is different from the first or second embodiment described above.

このような構成とすることにより、燃焼室の出口の酸素濃度に基づいて、燃料室における未燃炭化水素量が推定され、推定される燃焼室における未燃炭化水素量に基づいて、改質用燃料の供給量を減らすなどの制御をすることができるため、燃焼室の出口の酸素濃度を検知することにより、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。また、これにより、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。
なお、酸素濃度センサとしては、例えば、酸素センサやA/Fセンサを適用すればよい。また、酸素濃度については、上記センサを用いずに運転状況等により推定した値を用いても構わない。
With such a configuration, the amount of unburned hydrocarbon in the fuel chamber is estimated based on the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber, and the reforming amount is determined based on the estimated amount of unburned hydrocarbon in the combustion chamber. Since control such as reducing the amount of fuel supply can be performed, the precipitation of carbon in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation channel is suppressed or prevented by detecting the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber. can do. Further, this can suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and furthermore, the desired reformed gas can be obtained, so that the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved.
For example, an oxygen sensor or an A / F sensor may be applied as the oxygen concentration sensor. In addition, as for the oxygen concentration, a value estimated based on an operation state or the like without using the sensor may be used.

例えば、燃焼室の出口における酸素濃度が0.6%の場合に、未燃炭化水素量が4%である内燃機関の場合には、下記の式(2)により、未燃炭化水素量を推算することができる。   For example, in the case of an internal combustion engine having an unburned hydrocarbon amount of 4% when the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber is 0.6%, the unburned hydrocarbon amount is estimated by the following equation (2). can do.

推定未燃炭化水素量(%)=4/0.6×CO2(OUT)・・・(2)
(式(2)中、CO2(OUT)は燃焼室の出口における酸素濃度を示す。)
Estimated unburned hydrocarbon amount (%) = 4 / 0.6 × C O2 (OUT) (2)
(In Formula (2), CO 2 (OUT) indicates the oxygen concentration at the outlet of the combustion chamber.)

使用する内燃機関の特徴を予め把握しておく必要はあるが、酸素センサやA/Fセンサが設けられている場合には、部品を別途追加する必要がないため好ましい。   Although it is necessary to grasp in advance the characteristics of the internal combustion engine to be used, when an oxygen sensor or an A / F sensor is provided, it is preferable because no additional components are required.

図4は、本発明における効果を示すグラフ図である。具体的には、未燃炭化水素量推定制御手段により、燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、燃料供給手段が供給する改質用燃料の供給量を制御した場合の効果の一例を示したものである。なお、横軸は温度(Temperature)、縦軸はスチームカーボン比(S/C)である。
そして、未燃炭化水素量を考慮しない、すなわち、制御しない場合には、改質触媒に供給される改質用燃料が過剰となり、炭素分が析出する領域のうち斜線で示した部分での運転となる。
一方、未燃炭化水素量を考慮する、すなわち、改質用燃料の供給量を減らす制御をする場合には、斜線で示した部分での運転を回避でき、炭素分が析出しない領域での運転となる。
そして、排気循環流路に配設された改質触媒における炭素分の析出を抑制ないし防止することができるため、改質触媒の性能低下を抑制ないし防止することができ、更に、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関の燃費を向上させることができる。
FIG. 4 is a graph showing the effect of the present invention. Specifically, the unburned hydrocarbon amount estimation control means estimates the unburned hydrocarbon amount in the combustion chamber, and based on the estimated unburned hydrocarbon amount, the reforming fuel supplied by the fuel supply means An example of the effect when the supply amount is controlled is shown. The horizontal axis represents temperature (Temperature), and the vertical axis represents steam carbon ratio (S / C).
If the amount of unburned hydrocarbons is not taken into consideration, that is, if it is not controlled, the reforming fuel supplied to the reforming catalyst becomes excessive, and the operation in the hatched portion of the region where carbon is deposited is performed. It becomes.
On the other hand, when taking into account the amount of unburned hydrocarbons, that is, when controlling to reduce the supply amount of reforming fuel, operation in the shaded area can be avoided and operation in a region where carbon content does not precipitate It becomes.
Further, since it is possible to suppress or prevent the carbon deposition in the reforming catalyst disposed in the exhaust circulation channel, it is possible to suppress or prevent the performance degradation of the reforming catalyst, and further, the desired reforming Since gas can be obtained, the fuel consumption of the internal combustion engine can be improved.

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

すなわち、上述した各実施形態や各実施例の内燃機関システムに記載した構成は、各実施形態や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施形態や実施例の構成を上述した各実施形態や実施例以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。   That is, the configuration described in the internal combustion engine system of each embodiment and each example described above is not limited to each embodiment or example. For example, each configuration described in each embodiment or example is described above. Combinations other than the embodiment and examples can be made, and details of the configuration can be changed.

また、例えば、上述した各実施形態においては、内燃機関として往復動型内燃機関を例示したが、これに限定されるものではなく、従来公知の内燃機関などについても適用することができる。   Further, for example, in each of the above-described embodiments, a reciprocating internal combustion engine is exemplified as the internal combustion engine. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a conventionally known internal combustion engine.

1A,1B,1C 内燃機関システム
10 エンジン
11 燃焼室
11a 吸気口
11b 排気口
12c 吸気バルブ
13d 排気バルブ
11e ピストン
11f スパークプラグ
20 吸気パイプ
21 主燃料供給手段
22 吸気制御バルブ
30 排気パイプ
31 排気制御バルブ
32 触媒床温度センサ
33 触媒入口温度センサ
34 酸素濃度センサ
40 三元触媒
50 EGRパイプ
51 EGRクーラ
52 EGRバルブ
60 燃焼供給手段
70 改質触媒
80 コントローラ
81 演算処理手段
1A, 1B, 1C Internal combustion engine system 10 Engine 11 Combustion chamber 11a Intake port 11b Exhaust port 12c Intake valve 13d Exhaust valve 11e Piston 11f Spark plug 20 Intake pipe 21 Main fuel supply means 22 Intake control valve 30 Exhaust pipe 31 Exhaust control valve 32 Catalyst bed temperature sensor 33 Catalyst inlet temperature sensor 34 Oxygen concentration sensor 40 Three-way catalyst 50 EGR pipe 51 EGR cooler 52 EGR valve 60 Combustion supply means 70 Reforming catalyst 80 Controller 81 Arithmetic processing means

Claims (5)

燃焼室を有する内燃機関と、
上記燃焼室に接続された吸気流路と、
上記燃焼室に接続された排気流路と、
上記排気流路に配設され、排気ガスを浄化する三元触媒と、
上記三元触媒の配設位置より排気ガス流れに対して上流側の上記排気流路と上記吸気流路とを接続する排気循環流路と、
上記排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給手段と、
上記排気循環流路に配設され、該排気循環流路内の排気と上記改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒と、
上記燃焼室における未燃炭化水素量を推定し、推定される未燃炭化水素量に基づいて、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御する未燃炭化水素量推定制御手段と、を備え、
上記未燃炭化水素量推定制御手段が、上記三元触媒の触媒反応上昇温度を推定する温度推定手段と、該温度推定手段により予め取得された推定温度と該未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と上記改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、該マップデータと該温度推定手段により推定される推定温度とから該演算処理手段によって得られる結果に基づいて、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御し、
上記マップデータにおける予め取得された推定温度と予め取得された推定未燃炭化水素量とが、下記の式(1)
推定未燃炭化水素量(%)=ΔT/T af ×100・・・(1)
(式(1)中、ΔTは温度推定手段により推定される推定温度、T af は燃料の断熱火炎温度を示す。)で表される関係を有する
ことを特徴とする内燃機関システム。
An internal combustion engine having a combustion chamber;
An intake passage connected to the combustion chamber;
An exhaust passage connected to the combustion chamber;
A three-way catalyst disposed in the exhaust passage and purifying exhaust gas;
An exhaust circulation passage connecting the exhaust passage upstream of the three-way catalyst with respect to the exhaust gas flow and the intake passage;
Fuel supply means for supplying reforming fuel into the exhaust circulation passage;
A reforming catalyst that is disposed in the exhaust circulation channel and generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the exhaust circulation channel and the reforming fuel;
Unburned hydrocarbon amount estimation control for estimating the amount of unburned hydrocarbon in the combustion chamber and controlling the amount of reforming fuel supplied by the fuel supply means based on the estimated amount of unburned hydrocarbon and means, the Bei example,
The unburned hydrocarbon amount estimation control means includes a temperature estimation means for estimating the catalyst reaction rising temperature of the three-way catalyst, an estimated temperature acquired in advance by the temperature estimation means, and the unburned hydrocarbon amount estimation control means. Computation processing means for storing map data of the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance and the supply amount of the reforming fuel, and the estimated temperature estimated by the temperature estimation means Based on the result obtained by the arithmetic processing means, the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled,
The estimated temperature acquired in advance in the map data and the estimated unburned hydrocarbon amount acquired in advance are expressed by the following equation (1).
Estimated unburned hydrocarbon amount (%) = ΔT / T af × 100 (1)
An internal combustion engine system having a relationship expressed by (in formula (1), ΔT is an estimated temperature estimated by the temperature estimating means, and T af is an adiabatic flame temperature of the fuel). .
上記未燃炭化水素量推定制御手段が、該未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と上記改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段を有すると共に、該マップデータと該未燃炭化水素量推定制御手段により推定される未燃炭化水素量とから該演算処理手段によって得られる結果に基づいて、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関システム。
Arithmetic processing means in which the unburned hydrocarbon amount estimation control means stores map data of the estimated unburned hydrocarbon quantity acquired in advance by the unburned hydrocarbon quantity estimation control means and the supply amount of the reforming fuel And the reforming supplied by the fuel supply means based on the result obtained by the arithmetic processing means from the map data and the unburned hydrocarbon quantity estimated by the unburned hydrocarbon quantity estimation control means. The internal combustion engine system according to claim 1, wherein a supply amount of the engine fuel is controlled.
上記未燃炭化水素量推定制御手段が、上記燃焼室の出口に設けられた酸素濃度センサと、該酸素濃度センサにより予め取得された検知酸素濃度と該未燃炭化水素量推定制御手段により予め取得された推定未燃炭化水素量と上記改質用燃料の供給量とのマップデータを格納する演算処理手段とを有すると共に、該マップデータと該酸素濃度センサにより検知される検知酸素濃度とから該演算処理手段によって得られる結果に基づいて、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関システム。
The unburned hydrocarbon amount estimation control means is previously acquired by the oxygen concentration sensor provided at the outlet of the combustion chamber, the detected oxygen concentration previously acquired by the oxygen concentration sensor, and the unburned hydrocarbon amount estimation control means. Arithmetic processing means for storing map data of the estimated unburned hydrocarbon amount and the supply amount of the reforming fuel, and the map data and the detected oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor The internal combustion engine system according to claim 1 or 2 , wherein the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled based on a result obtained by the arithmetic processing means.
上記未燃炭化水素量推定制御手段が、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御する際に、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を減らすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の内燃機関システム。 When the unburned hydrocarbon amount estimation control means controls the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means, the supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is reduced. The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 3 . 上記未燃炭化水素量推定制御手段が、上記燃焼室における未燃炭化水素量を推定する際に、推定される未燃炭化水素量に基づいて水蒸気量を推定し、推定される水蒸気量に基づいて、上記燃料供給手段が供給する上記改質用燃料の供給量を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の内燃機関システム。 When the unburned hydrocarbon amount estimation control means estimates the unburned hydrocarbon amount in the combustion chamber, the unburned hydrocarbon amount is estimated based on the estimated unburned hydrocarbon amount, and based on the estimated steam amount. The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 4, wherein a supply amount of the reforming fuel supplied by the fuel supply means is controlled.
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