JP7154326B2 - fuel reformer - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮着火式エンジンに供給される燃料を改質する燃料改質装置に関する。 The present invention relates to a fuel reformer that reforms fuel supplied to a compression ignition engine.

従来、燃料を、酸化剤を用いて酸化させることにより改質するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。上記特許文献1記載の装置は、同軸に設けられた外管部材と内管部材との間を反応場とする二重管反応器として構成され、反応物として燃料と空気との混合気が供給され、生成物として改質燃料と空気との混合気を排出する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an apparatus for reforming fuel by oxidizing it with an oxidizing agent (see, for example, Patent Document 1). The apparatus described in Patent Document 1 is configured as a double-tube reactor having a reaction field between an outer tube member and an inner tube member provided coaxially, and a mixture of fuel and air is supplied as a reactant. and discharges a mixture of reformed fuel and air as a product.

特開2018-178974号公報JP 2018-178974 A

上記特許文献1記載の装置では、改質燃料と空気とが混合気として排出されるため、改質燃料を得るためには、二重管反応器の後段に気液分離器を設ける必要があり、燃料改質装置全体としての構成が複雑となる。 In the device described in Patent Document 1, the reformed fuel and air are discharged as a mixture, so in order to obtain the reformed fuel, it is necessary to provide a gas-liquid separator after the double-tube reactor. , the configuration of the fuel reformer as a whole becomes complicated.

本発明の一態様は、酸化反応により燃料を改質する燃料改質装置であって、鉛直方向に延在する外管と内管とを有し、外管と内管との間に円筒空間を形成する二重管を備える。外管は、円筒空間に燃料と空気とを導入するように外管の下部を貫通する導入孔と、円筒空間から空気を排出するように外管の上部を貫通する空気排出孔と、円筒空間から燃料を排出するように外管の導入孔と空気排出孔との間を貫通する燃料排出孔と、が設けられる。円筒空間の上端および下端は閉鎖される。二重管は、下端から燃料排出孔までの円筒空間で導入孔を介して供給された燃料が触媒存在下で酸化反応するように構成される。 One aspect of the present invention is a fuel reformer that reforms fuel by an oxidation reaction, which includes an outer tube and an inner tube extending in a vertical direction, and a cylindrical space between the outer tube and the inner tube. with a double tube forming a The outer tube has an introduction hole penetrating the lower portion of the outer tube to introduce fuel and air into the cylindrical space, an air discharge hole penetrating the upper portion of the outer tube to discharge air from the cylindrical space, and a cylindrical space. A fuel discharge hole is provided extending between the inlet hole of the outer tube and the air discharge hole for discharging fuel from the outer tube. The upper and lower ends of the cylindrical space are closed. The double pipe is configured such that the fuel supplied through the introduction hole is oxidized in the presence of a catalyst in the cylindrical space from the lower end to the fuel discharge hole.

本発明によれば、簡易な構成の燃料改質装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel reformer with a simple configuration.

本発明の実施形態に係る燃料改質装置が適用されるエンジンの内部構成の一例を模式的に示す図。1 is a diagram schematically showing an example of the internal configuration of an engine to which a fuel reformer according to an embodiment of the invention is applied; FIG. 燃料のオクタン価と着火性の関係について説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the octane number of fuel and ignitability; 燃料の酸化反応の進行度について説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the degree of progress of the oxidation reaction of fuel; 本発明の実施形態に係る燃料改質装置の構成の一例を模式的に示す図。1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a fuel reformer according to an embodiment of the present invention; FIG. 図4の燃料改質装置の切替弁周辺の構成の一例を模式的に示す図。FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a configuration around a switching valve of the fuel reformer of FIG. 4; 図4の改質器の構成の一例を模式的に示す図。The figure which shows typically an example of a structure of the reformer of FIG. 図4の改質器の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of the reformer of FIG. 4; 図7Aの変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 7A. 図4の燃料改質装置のコントローラ周辺の要部構成の一例を概略的に示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram schematically showing an example of a main configuration around a controller of the fuel reformer of FIG. 4; 本発明の実施形態に係る燃料改質装置により実行される改質切替処理の一例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of reforming switching processing executed by the fuel reformer according to the embodiment of the present invention; 図9Aの変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 9A. 本発明の実施形態に係る燃料改質装置により実行される改質率調整処理の一例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of reforming rate adjustment processing executed by the fuel reformer according to the embodiment of the present invention; 図10Aの変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 10A. 図4の変形例を示す図。The figure which shows the modification of FIG. 図11の燃料改質装置のコントローラ周辺の要部構成の一例を概略的に示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram schematically showing an example of a main configuration around a controller of the fuel reformer of FIG. 11;

以下、図1~図12を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料改質装置は、車両などに搭載された圧縮着火式エンジンに適用され、燃料タンクからエンジンに供給される燃料を必要に応じて改質する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 12. FIG. A fuel reformer according to an embodiment of the present invention is applied to a compression ignition engine mounted on a vehicle or the like, and reforms fuel supplied to the engine from a fuel tank as necessary.

地球の平均気温は、大気中の温室効果ガスにより、生物に適した温暖な状態に保たれている。具体的には、太陽光で暖められた地表面から宇宙空間へと放射される熱の一部を温室効果ガスが吸収し、地表面へと再放射することで、大気が温暖な状態に保たれている。このような大気中の温室効果ガスの濃度が増加すると、地球の平均気温が上昇する(地球温暖化)。 Greenhouse gases in the atmosphere keep the average temperature of the earth warm enough for life. Specifically, greenhouse gases absorb part of the heat radiated from the ground surface warmed by sunlight into outer space and radiate it back to the ground surface, keeping the atmosphere warm. It's dripping When the concentration of such greenhouse gases in the atmosphere increases, the average temperature of the earth rises (global warming).

温室効果ガスの中でも地球温暖化への寄与が大きい二酸化炭素の大気中における濃度は、植物や化石燃料として地上や地中に固定された炭素と、二酸化炭素として大気中に存在する炭素とのバランスによって決定される。例えば、植物の生育過程での光合成により大気中の二酸化炭素が吸収されると大気中の二酸化炭素濃度が減少し、化石燃料の燃焼により二酸化炭素が大気中に放出されると大気中の二酸化炭素濃度が増加する。地球温暖化を抑制するには、化石燃料を太陽光や風力などの再生可能エネルギーやバイオマスなどに由来する再生可能燃料で代替し、炭素排出量を低減することが必要となる。 The concentration of carbon dioxide in the atmosphere, which contributes greatly to global warming among greenhouse gases, is the balance between the carbon fixed on and in the ground as plants and fossil fuels and the carbon existing in the atmosphere as carbon dioxide. determined by For example, when carbon dioxide in the atmosphere is absorbed by photosynthesis during the growth process of plants, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere decreases, and when carbon dioxide is released into the atmosphere by burning fossil fuels, carbon dioxide in the atmosphere concentration increases. In order to curb global warming, it is necessary to replace fossil fuels with renewable energy sources such as solar and wind power, and renewable fuels derived from biomass, thereby reducing carbon emissions.

このような再生可能燃料として、FT(フィッシャー・トロプシュ)合成により得られる低オクタン価ガソリンが普及しつつある。低オクタン価ガソリンは、着火性が高く、圧縮着火式エンジンに適用することができるが、普及途上であり、販売されていない地域もある。一方、現在普及している火花点火式エンジン用の通常のオクタン価のガソリンは、着火性が低く、そのまま圧縮着火式エンジンに適用すると、排ガス性能を確保することが難しく、失火に至るおそれもある。そこで、本実施形態では、燃料タンクからエンジンに供給される燃料を必要に応じて改質し、低オクタン価ガソリンも通常のオクタン価のガソリンも単一のエンジンで圧縮着火させるよう、以下のように燃料改質装置を構成する。 As such renewable fuel, low octane gasoline obtained by FT (Fischer-Tropsch) synthesis is becoming popular. Low octane gasoline is highly ignitable and can be applied to compression ignition engines, but it is still in the process of being popularized and is not sold in some areas. On the other hand, ordinary octane gasoline for spark-ignited engines, which is currently in widespread use, has low ignitability. Therefore, in this embodiment, the fuel supplied from the fuel tank to the engine is reformed as necessary, and the fuel is changed as follows so that both low octane gasoline and normal octane gasoline can be ignited by compression in a single engine. Construct a reformer.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料改質装置が適用されるエンジン1の内部構成の一例を模式的に示す図である。エンジン1は、圧縮着火式のガソリンエンジンであり、例えば車両に搭載される。 FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the internal configuration of an engine 1 to which a fuel reformer according to an embodiment of the invention is applied. The engine 1 is a compression ignition gasoline engine, and is mounted on a vehicle, for example.

図1に示すように、エンジン1は、シリンダ2が形成されるシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部を覆うシリンダヘッド4とを有する。シリンダヘッド4には、エンジン1への吸気が通過する吸気ポート5と、エンジン1からの排気が通過する排気ポート6とが設けられる。吸気ポート5には吸気ポート5を開閉する吸気バルブ7が設けられ、排気ポート6には排気ポート6を開閉する排気バルブ8が設けられる。吸気バルブ7と排気バルブ8とは不図示の動弁機構により開閉駆動される。 As shown in FIG. 1 , an engine 1 has a cylinder block 3 in which cylinders 2 are formed, and a cylinder head 4 covering the upper part of the cylinder block 3 . The cylinder head 4 is provided with an intake port 5 through which intake air to the engine 1 passes and an exhaust port 6 through which exhaust gas from the engine 1 passes. The intake port 5 is provided with an intake valve 7 for opening and closing the intake port 5 , and the exhaust port 6 is provided with an exhaust valve 8 for opening and closing the exhaust port 6 . The intake valve 7 and the exhaust valve 8 are driven to open and close by a valve mechanism (not shown).

各シリンダ2には、シリンダ2内を摺動可能にピストン9が配置され、ピストン9に面して燃焼室10が形成される。エンジン1には、燃焼室10に臨むようにインジェクタ11が設けられ、インジェクタ11から燃焼室10に燃料が噴射される。インジェクタ11の動作(燃料噴射時期(開弁時期)、燃料噴射量(開弁時間))は、エンジンECU(Electronic Control Unit)200(図6)により制御される。エンジン1には、水晶圧電式の圧力センサなどにより構成され、燃焼室10内の圧力を検出する筒内圧センサ12も設けられる。 A piston 9 is arranged in each cylinder 2 so as to be slidable inside the cylinder 2 , and a combustion chamber 10 is formed facing the piston 9 . The engine 1 is provided with an injector 11 facing a combustion chamber 10 , and fuel is injected from the injector 11 into the combustion chamber 10 . The operation of the injector 11 (fuel injection timing (valve opening timing), fuel injection amount (valve opening time)) is controlled by an engine ECU (Electronic Control Unit) 200 (FIG. 6). The engine 1 is also provided with an in-cylinder pressure sensor 12 configured by a quartz piezoelectric type pressure sensor or the like for detecting the pressure in the combustion chamber 10 .

吸気ポート5が開放、排気ポート6が閉鎖され、ピストン9が下降すると、吸気ポート5から燃焼室10内に空気(新気)が吸い込まれる(吸気行程)。吸気ポート5および排気ポート6が閉鎖され、ピストン9が上昇すると、燃焼室10内の空気が圧縮され、燃焼室10内の圧力が徐々に上昇する(圧縮行程)。圧縮上死点TDC(Top Dead Center)付近でインジェクタ11から燃焼室10に燃料が噴射されると、燃焼室10内の燃料と空気の混合気が圧縮され、燃焼室10内の圧力が徐々に上昇し、燃料が自己着火により燃焼する。燃焼室10内で燃料の自己着火が開始すると、燃焼室10内の圧力が急激に上昇し、ピストン9が下降する(膨張行程)。吸気ポート5が閉鎖、排気ポート6が開放され、ピストン9が上昇すると、燃焼室10内の空気(排気)が排気ポート6から排出される(排気行程)。 When the intake port 5 is opened, the exhaust port 6 is closed, and the piston 9 descends, air (fresh air) is sucked into the combustion chamber 10 through the intake port 5 (intake stroke). When the intake port 5 and the exhaust port 6 are closed and the piston 9 rises, the air inside the combustion chamber 10 is compressed and the pressure inside the combustion chamber 10 gradually increases (compression stroke). When fuel is injected from the injector 11 into the combustion chamber 10 near the compression top dead center TDC (Top Dead Center), the mixture of fuel and air in the combustion chamber 10 is compressed, and the pressure in the combustion chamber 10 gradually increases. It rises and the fuel burns by self-ignition. When self-ignition of fuel starts in the combustion chamber 10, the pressure in the combustion chamber 10 rises sharply and the piston 9 descends (expansion stroke). When the intake port 5 is closed, the exhaust port 6 is opened, and the piston 9 rises, the air (exhaust) in the combustion chamber 10 is discharged from the exhaust port 6 (exhaust stroke).

ピストン9がシリンダ2の内壁に沿って往復動することで、コンロッド13を介してクランクシャフト14が回転する。エンジン1のクランクシャフト14には、クランクシャフト14の回転角(クランク角)を検出するクランク角センサ15も設けられる。また、エンジン1の出力トルクを検出する、例えば磁歪式のトルクセンサ16も設けられる。図示は省略するが、エンジン1には、エンジン1の冷却水の温度(エンジン水温)を検出する水温センサなども設けられる。 The reciprocating motion of the piston 9 along the inner wall of the cylinder 2 rotates the crankshaft 14 via the connecting rod 13 . A crankshaft 14 of the engine 1 is also provided with a crank angle sensor 15 that detects the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 14 . For example, a magnetostrictive torque sensor 16 for detecting the output torque of the engine 1 is also provided. Although not shown, the engine 1 is also provided with a water temperature sensor for detecting the temperature of cooling water of the engine 1 (engine water temperature).

図2は、燃料のオクタン価と着火性の関係について説明するための図であり、オクタン価の異なる複数の燃料の着火時期tiの一例を、圧縮上死点TDCを基準とするクランク角[°]として示す。より具体的には、筒内圧センサ12により検出される燃焼室10内の圧力と、クランク角センサ15により検出されるクランク角とに基づいて特定される、燃焼室10内で燃料の自己着火が開始し、燃焼室10内の圧力が急激に上昇するクランク角の一例を示す。 FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the octane number of fuel and ignitability, and an example of ignition timing ti of a plurality of fuels with different octane numbers is shown as a crank angle [°] with compression top dead center TDC as a reference. show. More specifically, the self-ignition of fuel in the combustion chamber 10 specified based on the pressure in the combustion chamber 10 detected by the in-cylinder pressure sensor 12 and the crank angle detected by the crank angle sensor 15. An example of a crank angle at which the pressure in the combustion chamber 10 rises rapidly is shown.

図2に示すように、オクタン価が70を超える着火性の低い燃料では、着火時期tiが圧縮上死点TDCよりも大幅に遅れ、この場合、エンジン1の最大熱効率が著しく低下し、燃焼が不安定となる。エンジン1の十分な燃焼性能を確保するには、着火時期tiが所定クランク角ti0(例えば、10°)以上の場合は、燃料を改質する必要がある。 As shown in FIG. 2, with low ignitability fuel having an octane number exceeding 70, the ignition timing ti is significantly delayed from compression top dead center TDC, and in this case, the maximum thermal efficiency of the engine 1 is significantly reduced, resulting in poor combustion. become stable. In order to ensure sufficient combustion performance of the engine 1, it is necessary to reform the fuel when the ignition timing ti is equal to or greater than a predetermined crank angle ti0 (for example, 10°).

炭化水素を主成分とする燃料は、N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)などの触媒を用いて酸化改質し、過酸化物を生成することで、その着火性を向上することができる。具体的には、NHPIは、酸素分子により容易に水素原子が引き抜かれ、フタルイミド-N-オキシル(PINO)ラジカルを生成する。PINOラジカルは、燃料に含まれる炭化水素(RH)から水素原子を引き抜き、アルキルラジカル(R・)を生成する。アルキルラジカルは、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカル(ROO・)を生成する。アルキルペルオキシラジカルは、燃料に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜き、過酸化物であるアルキルヒドロペルオキシド(ROOH)を生成する。

Figure 0007154326000001
Hydrocarbon-based fuels can be oxidatively reformed using a catalyst such as N-hydroxyphthalimide (NHPI) to generate peroxides, thereby improving their ignitability. Specifically, in NHPI, a hydrogen atom is easily abstracted by an oxygen molecule to generate a phthalimido-N-oxyl (PINO) radical. A PINO radical extracts a hydrogen atom from a hydrocarbon (RH) contained in fuel to generate an alkyl radical (R.). Alkyl radicals combine with oxygen molecules to produce alkylperoxy radicals (ROO.). The alkylperoxy radical abstracts a hydrogen atom from the hydrocarbon contained in the fuel to form the peroxide alkyl hydroperoxide (ROOH).
Figure 0007154326000001

図3は、燃料の酸化反応の進行度について説明するための図であり、酸化反応が進行するときの過酸化物濃度c1および酸化物濃度c2の変化の一例を示す。図3に示すように、酸化反応が進行すると、過酸化物濃度c1が増加し、さらに酸化反応が進行すると、過酸化物がアルコール、アルデヒド、ケトンなどの酸化物に分解され、過酸化物濃度c1が減少するとともに酸化物濃度c2が増加する。 FIG. 3 is a diagram for explaining the degree of progress of the fuel oxidation reaction, and shows an example of changes in the peroxide concentration c1 and the oxide concentration c2 as the oxidation reaction progresses. As shown in FIG. 3, as the oxidation reaction progresses, the peroxide concentration c1 increases. As c1 decreases, oxide concentration c2 increases.

燃料中の過酸化物濃度c1を高め、圧縮着火に適した状態まで燃料の着火性を向上するには、酸化反応の進行度を適正な範囲内に調整する必要がある。具体的には、酸化改質後の燃料(改質燃料)のオクタン価が70以下となるよう(図2)、改質燃料中の過酸化物濃度c1が所定濃度c0(例えば、0.15[mol/l])以上となるように調整する必要がある。改質燃料中の過酸化物濃度c1は、適宜な濃度センサにより検出することができる。 In order to increase the peroxide concentration c1 in the fuel and improve the ignitability of the fuel to a state suitable for compression ignition, it is necessary to adjust the degree of progress of the oxidation reaction within an appropriate range. Specifically, the peroxide concentration c1 in the reformed fuel is set to a predetermined concentration c0 (for example, 0.15 [ mol/l]) or more. The peroxide concentration c1 in the reformed fuel can be detected by an appropriate concentration sensor.

過酸化物濃度c1が所定濃度c0未満の場合、酸化反応の進行度が不足のときは過酸化物濃度c1が酸化物濃度c2以上、酸化反応の進行度が過剰のときは過酸化物濃度c1が酸化物濃度c2未満となる。燃料に含まれる炭化水素が酸化物まで分解されると、改質燃料の発熱量が低下し、エンジン出力が低下する。すなわち、エンジン1の出力トルクは、改質燃料の発熱量と燃料噴射量との積に比例する。酸化物濃度c2は、エンジン1の燃料噴射量と出力トルクとに基づいて推定することができる。 When the peroxide concentration c1 is less than the predetermined concentration c0, the peroxide concentration c1 is equal to or higher than the oxide concentration c2 when the oxidation reaction progresses insufficiently, and the peroxide concentration c1 when the oxidation reaction progresses excessively. becomes less than the oxide concentration c2. When the hydrocarbons contained in the fuel are decomposed into oxides, the calorific value of the reformed fuel is reduced and the engine output is reduced. That is, the output torque of the engine 1 is proportional to the product of the calorific value of the reformed fuel and the fuel injection amount. The oxide concentration c2 can be estimated based on the fuel injection amount of the engine 1 and the output torque.

図4~図8は、本発明の実施形態に係る燃料改質装置(以下、装置)100の構成の一例を模式的に示す図である。図4に示すように、装置100は、燃料タンク17からエンジン1のインジェクタ11に至る燃料供給経路18に介装され、燃料を酸化改質する改質器19を有する改質ユニット20と、改質ユニット20の動作を制御するコントローラ50とを備える。 4 to 8 are diagrams schematically showing an example of the configuration of a fuel reforming device (hereinafter referred to as device) 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the apparatus 100 includes a reforming unit 20 which is interposed in a fuel supply path 18 from a fuel tank 17 to an injector 11 of the engine 1 and has a reformer 19 for oxidizing and reforming the fuel; a controller 50 for controlling the operation of the quality unit 20;

燃料タンク17には、燃料タンク17に貯留された燃料の残量を検出する残量計17aが設けられる。残量計17aは、例えばフロート式のレベルセンサにより構成され、燃料タンク17内の燃料の液面高さに応じた信号を出力する。 The fuel tank 17 is provided with a remaining amount meter 17 a for detecting the remaining amount of fuel stored in the fuel tank 17 . The remaining amount gauge 17 a is composed of, for example, a float-type level sensor, and outputs a signal corresponding to the level of the fuel in the fuel tank 17 .

図4および図5に示すように、燃料供給経路18は、燃料タンク17から改質器19を通過してエンジン1のインジェクタ11に至る第1経路18aと、燃料タンク17から改質器19を迂回してエンジン1のインジェクタ11に至る第2経路18bとを有する。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel supply path 18 includes a first path 18a from the fuel tank 17 through the reformer 19 to the injector 11 of the engine 1, and a first path 18a from the fuel tank 17 to the reformer 19. and a second path 18 b leading to the injector 11 of the engine 1 by detouring.

改質ユニット20は、燃料タンク17から改質器19に至る第1経路18a上に、燃料タンク17に貯留された燃料を汲み上げる燃料ポンプ21aと、燃料の流量を検出する流量計22と、第1経路18aを開閉する開閉弁23と、混合器24とを有する。また、改質器19からエンジン1のインジェクタ11に至る第1経路18a上に、改質燃料中の過酸化物濃度c1を検出する濃度センサ26と、燃料を圧送する高圧ポンプ27とを有する。濃度センサ26は、例えば改質燃料の誘電率を測定する静電容量式の濃度センサにより構成され、改質燃料中の過酸化物濃度c1に応じた信号を出力する。 The reforming unit 20 includes a fuel pump 21a for pumping the fuel stored in the fuel tank 17, a flow meter 22 for detecting the flow rate of the fuel, and a first path 18a from the fuel tank 17 to the reformer 19. It has an on-off valve 23 for opening and closing one path 18 a and a mixer 24 . Also, on the first path 18a from the reformer 19 to the injector 11 of the engine 1, there are a concentration sensor 26 for detecting the peroxide concentration c1 in the reformed fuel and a high pressure pump 27 for pumping the fuel. The concentration sensor 26 is composed of, for example, a capacitance type concentration sensor that measures the dielectric constant of the reformed fuel, and outputs a signal corresponding to the peroxide concentration c1 in the reformed fuel.

図4および図5に示すように、改質ユニット20は、第2経路18b上にも燃料タンク17に貯留された燃料を汲み上げる燃料ポンプ21bを有し、燃料ポンプ21bにより汲み上げられた燃料は、第2経路18bを介して高圧ポンプ27に供給される。高圧ポンプ27の動作(燃料圧力)は、エンジンECU200(図8)により制御される。 As shown in FIGS. 4 and 5, the reforming unit 20 has a fuel pump 21b that pumps up the fuel stored in the fuel tank 17 also on the second path 18b, and the fuel pumped by the fuel pump 21b is It is supplied to the high pressure pump 27 via the second path 18b. The operation (fuel pressure) of the high-pressure pump 27 is controlled by the engine ECU 200 (FIG. 8).

図5に示すように、改質ユニット20は、燃料供給経路18を第1経路18aおよび第2経路18bのいずれかに切り替える切替弁28を有する。燃料供給経路18が第1経路18aに切り替えられると、高圧ポンプ27の動作に応じ、燃料タンク17に貯留された燃料が改質器19に供給されて改質され、改質燃料が高圧ポンプ27を介してインジェクタ11に供給され、燃焼室10(図1)に噴射される。燃料供給経路18が第2経路18bに切り替えられると、高圧ポンプ27の動作に応じ、燃料タンク17に貯留された燃料が、改質器19で改質されることなく、そのまま高圧ポンプ27を介してインジェクタ11に供給され、燃焼室10(図1)に噴射される。 As shown in FIG. 5, the reforming unit 20 has a switching valve 28 that switches the fuel supply path 18 between the first path 18a and the second path 18b. When the fuel supply path 18 is switched to the first path 18a, the fuel stored in the fuel tank 17 is supplied to the reformer 19 and reformed according to the operation of the high pressure pump 27, and the reformed fuel is supplied to the high pressure pump 27. to the injector 11 and injected into the combustion chamber 10 (FIG. 1). When the fuel supply path 18 is switched to the second path 18b, the fuel stored in the fuel tank 17 is directly fed through the high pressure pump 27 without being reformed by the reformer 19 in response to the operation of the high pressure pump 27. is supplied to the injector 11 and injected into the combustion chamber 10 (FIG. 1).

図4に示すように、改質ユニット20は、混合器24に空気を供給する空気供給経路30上に、エアフィルタ31と、空気を圧送する空気ポンプ32と、空気の流量を検出する流量計33と、空気供給経路30を開閉する開閉弁34とを有する。高圧ポンプ27の動作に応じ、燃料供給経路18(第1経路18a)を介して混合器24に供給された燃料と、空気ポンプ32の動作に応じ、空気供給経路30を介して混合器24に供給された空気とは、混合器24で混合され、改質器19に供給される。 As shown in FIG. 4, the reforming unit 20 includes an air filter 31, an air pump 32 for pumping air, and a flow meter for detecting the flow rate of air on an air supply path 30 for supplying air to the mixer 24. 33 and an on-off valve 34 for opening and closing the air supply path 30 . Fuel supplied to the mixer 24 via the fuel supply path 18 (first path 18a) according to the operation of the high-pressure pump 27 and fuel supplied to the mixer 24 via the air supply path 30 according to the operation of the air pump 32 The supplied air is mixed in the mixer 24 and supplied to the reformer 19 .

図6は、改質器19の構成の一例を模式的に示す図である。図6に示すように、改質器19は、鉛直方向に延在する外管191と内管192とを有し、外管191と内管192との間に円筒空間193を形成する二重管反応器として構成される。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the reformer 19. As shown in FIG. As shown in FIG. 6, the reformer 19 has an outer tube 191 and an inner tube 192 extending in the vertical direction, and a double-walled tube forming a cylindrical space 193 between the outer tube 191 and the inner tube 192 . Configured as a tube reactor.

改質器19の外管191には、混合器24(図4)で混合された燃料と空気とを、第1経路18aを介して円筒空間193に導入するように、外管191の下部を貫通する導入孔194が設けられる。また、第3経路18cを介して円筒空間193から空気を排出するように、外管191の上部を貫通する空気排出孔195が設けられる。さらに、第1経路18aを介して円筒空間193から燃料を排出するように、外管191の導入孔194と空気排出孔195との間を貫通する燃料排出孔196a,196bが設けられる。円筒空間193から排出された空気は、第3経路18cを介してエンジン1の吸気ポート5に供給され(図1)、新気とともに燃焼室10内に吸い込まれる。 In the outer tube 191 of the reformer 19, the lower portion of the outer tube 191 is extended so as to introduce the fuel and air mixed in the mixer 24 (FIG. 4) into the cylindrical space 193 through the first path 18a. An introduction hole 194 is provided therethrough. Also, an air discharge hole 195 is provided through the upper portion of the outer tube 191 so as to discharge air from the cylindrical space 193 via the third path 18c. Further, fuel discharge holes 196a and 196b are provided to penetrate between the introduction hole 194 of the outer tube 191 and the air discharge hole 195 so as to discharge the fuel from the cylindrical space 193 through the first path 18a. The air discharged from the cylindrical space 193 is supplied to the intake port 5 of the engine 1 through the third path 18c (Fig. 1) and sucked into the combustion chamber 10 together with fresh air.

改質器19の内管192の径方向内側の空間は、還流経路197として構成され、熱媒としてのエンジン冷却水が還流される。すなわち、暖機後のエンジン1の冷却水が還流経路197の下方から供給されて改質器19を昇温し、還流経路197の上方からエンジン1に還流される。暖機後のエンジン水温は、70~110℃の温度範囲に維持されるため、燃料の酸化反応が好適に促進される。 A space radially inside the inner pipe 192 of the reformer 19 is configured as a recirculation path 197 through which engine cooling water as a heat medium is recirculated. That is, the cooling water of the warmed-up engine 1 is supplied from below the recirculation path 197 to raise the temperature of the reformer 19 and is recirculated to the engine 1 from above the recirculation path 197 . Since the engine water temperature after warming up is maintained in the temperature range of 70 to 110° C., the oxidation reaction of the fuel is favorably promoted.

改質器19は、円筒空間193の上端193aおよび下端193bが閉鎖される。導入孔194を介して円筒空間193に導入された燃料(液体)は、下端193bから燃料排出孔196a,196bまでの円筒空間193を流通し、燃料排出孔196a,196bを介して排出される。導入孔194を介して円筒空間193に導入された空気(気体)は、下端193bから上端193aまでの円筒空間193を通過し、空気排出孔195を介して排出される。 The reformer 19 is closed at the upper end 193a and the lower end 193b of the cylindrical space 193 . The fuel (liquid) introduced into the cylindrical space 193 through the introduction hole 194 flows through the cylindrical space 193 from the lower end 193b to the fuel discharge holes 196a, 196b and is discharged through the fuel discharge holes 196a, 196b. Air (gas) introduced into the cylindrical space 193 through the introduction hole 194 passes through the cylindrical space 193 from the lower end 193 b to the upper end 193 a and is discharged through the air discharge hole 195 .

下端193bから燃料の液面に対応する燃料排出孔196a,196bまでの円筒空間193は、燃料と空気中の酸素とが反応(酸化反応)して改質燃料を生成する反応室198として機能する。一方、燃料の液面に対応する燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの円筒空間193は、気液分離を行う気液分離室199として機能する。 A cylindrical space 193 from the lower end 193b to the fuel discharge holes 196a and 196b corresponding to the liquid surface of the fuel functions as a reaction chamber 198 in which the fuel and oxygen in the air react (oxidation reaction) to produce reformed fuel. . On the other hand, a cylindrical space 193 from the fuel discharge holes 196a, 196b corresponding to the liquid surface of the fuel to the upper end 193a functions as a gas-liquid separation chamber 199 for gas-liquid separation.

図7Aおよび図7Bは、図6に示す改質器19のVII-VII断面図であり、反応室198に対応する部分の断面を示す。図7Aに示すように、反応室198の内壁を構成する外管191の内壁191aおよび内管192の外壁192aには、NHPI触媒などの触媒190が担持され(壁面担持)、反応室198における酸化反応が促進される。 7A and 7B are VII-VII cross-sectional views of the reformer 19 shown in FIG. As shown in FIG. 7A , a catalyst 190 such as an NHPI catalyst is supported on the inner wall 191 a of the outer tube 191 and the outer wall 192 a of the inner tube 192 that constitute the inner wall of the reaction chamber 198 (wall surface support). reaction is accelerated.

改質器19は、外管191の内壁191aと、内管192の外壁192aとの間の隙間gが消炎距離の2倍以下、例えば消炎距離の2倍となるように構成される。これにより、反応物から消炎距離以内の範囲には必ず外管191の内壁191aまたは内管192の外壁192aが存在するため、改質器19の安全性を高めることができる。安全性をさらに高める場合、改質器19は、隙間gが最大安全隙間以下、例えば最大安全隙間となるように構成されてもよい。燃料の酸化反応が進行する反応室198を最大安全隙間で構成することで、例えば隣接する装置から火炎が侵入した場合でも直ちに消火するため、改質器19の安全性をさらに高めることができる。 The reformer 19 is configured such that the gap g between the inner wall 191a of the outer tube 191 and the outer wall 192a of the inner tube 192 is two times or less the flame extinction distance, for example, twice the flame extinction distance. As a result, the inner wall 191a of the outer tube 191 or the outer wall 192a of the inner tube 192 always exists within the quenching distance from the reactant, so the safety of the reformer 19 can be enhanced. To further increase safety, the reformer 19 may be configured such that the gap g is less than or equal to the maximum safety gap, for example the maximum safety gap. By configuring the reaction chamber 198 in which the fuel oxidation reaction progresses with the maximum safety gap, for example, even if a flame enters from an adjacent device, it will be extinguished immediately, so the safety of the reformer 19 can be further enhanced.

図6Bに示すように、改質器19の反応室198には、壁面担持に代えて、シリカタブレットなどの担体に触媒が担持された固体触媒190を充填し、酸化応の反応場となる固体触媒190の隙間gが消炎距離の2倍または最大安全隙間となるように構成してもよい。 As shown in FIG. 6B, the reaction chamber 198 of the reformer 19 is filled with a solid catalyst 190 in which the catalyst is supported on a carrier such as a silica tablet, instead of being supported on the wall surface. The gap g of the catalyst 190 may be configured to be twice the quenching distance or the maximum safe gap.

図4および図6に示すように、改質器19の外管191には、鉛直方向に複数(図の例では、2つ)の燃料排出孔196a,196bが設けられ、改質ユニット20は、燃料排出孔196a,196bを切り替える切替弁29を有する。燃料排出孔196a,196bが切り替えられると、燃料の液面高さが変化し、反応室198の高さh1a,h1bが変化するとともに、気液分離室199の高さh2a,h2bが変化する。反応室198の高さh1a,h1bを変更することで、改質器19における酸化反応の反応時間を調整することができる。 As shown in FIGS. 4 and 6, the outer tube 191 of the reformer 19 is provided with a plurality of (two in the illustrated example) fuel discharge holes 196a and 196b in the vertical direction. , a switching valve 29 for switching between the fuel discharge holes 196a and 196b. When the fuel discharge holes 196a and 196b are switched, the liquid level of the fuel changes, the heights h1a and h1b of the reaction chamber 198 change, and the heights h2a and h2b of the gas-liquid separation chamber 199 change. By changing the heights h1a and h1b of the reaction chamber 198, the reaction time of the oxidation reaction in the reformer 19 can be adjusted.

改質器19は、燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの気液分離室199の高さh2a,h2bが、気液分離が可能な高さh0以上となるように構成される。気液分離室199の内壁を構成する外管191の内壁191aおよび内管192の外壁192aには、テフロン(登録商標)加工などの表面処理が施される。このような表面処理を施すことで、気液分離室199における毛管現象を抑制し、気液分離が可能な高さh0を最小限とすることができる。 The reformer 19 is configured such that the heights h2a, h2b of the gas-liquid separation chamber 199 from the fuel discharge holes 196a, 196b to the upper end 193a are equal to or greater than the height h0 at which gas-liquid separation is possible. An inner wall 191a of the outer tube 191 and an outer wall 192a of the inner tube 192, which constitute the inner wall of the gas-liquid separation chamber 199, are subjected to surface treatment such as Teflon (registered trademark) processing. By performing such a surface treatment, capillary action in the gas-liquid separation chamber 199 can be suppressed, and the height h0 at which gas-liquid separation is possible can be minimized.

図8は、コントローラ50周辺の要部構成の一例を概略的に示すブロック図である。図8に示すように、コントローラ50は、CPU51と、ROM,RAMなどのメモリ52と、I/Oインターフェースなどの図示しないその他の周辺回路とを有するコンピュータを含む電子制御ユニット(ECU)により構成される。 FIG. 8 is a block diagram schematically showing an example of the main configuration around the controller 50. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the controller 50 is composed of an electronic control unit (ECU) including a computer having a CPU 51, a memory 52 such as ROM and RAM, and other peripheral circuits such as an I/O interface (not shown). be.

コントローラ50には、筒内圧センサ12、クランク角センサ15、トルクセンサ16、流量計170、濃度センサ26などのセンサが電気的に接続され、各センサからの信号が入力される。また、コントローラ50には、燃料ポンプ21a,21b、開閉弁23,34、切替弁28,29、空気ポンプ32などのアクチュエータが電気的に接続され、コントローラ50から各アクチュエータに制御信号が送信される。さらに、コントローラ50は、車両に搭載されたCAN(Controller Area Network)などの通信ネットワークを介して、エンジンECU200などの他の車載ECUと通信可能に構成される。 Sensors such as the in-cylinder pressure sensor 12, the crank angle sensor 15, the torque sensor 16, the flow meter 170, and the concentration sensor 26 are electrically connected to the controller 50, and signals from each sensor are input. The controller 50 is electrically connected to actuators such as the fuel pumps 21a and 21b, the on-off valves 23 and 34, the switching valves 28 and 29, and the air pump 32, and a control signal is transmitted from the controller 50 to each actuator. . Further, the controller 50 is configured to be able to communicate with other in-vehicle ECUs such as the engine ECU 200 via a communication network such as a CAN (Controller Area Network) mounted in the vehicle.

メモリ52には、各種制御のプログラムやプログラムで用いられる閾値などの情報が記憶される。CPU51は、機能的構成として、改質ユニット20の動作を制御する改質ユニット制御部53と、給油判定部54と、改質要否判定部55と、酸化進行度推定部56とを有する。すなわち、CPU51は、改質ユニット20の動作を制御する改質ユニット制御部53と、給油判定部54と、改質要否判定部55と、酸化進行度推定部56として機能する。 The memory 52 stores information such as various control programs and threshold values used in the programs. The CPU 51 has, as functional configurations, a reforming unit control section 53 that controls the operation of the reforming unit 20 , an oil supply determination section 54 , a reforming necessity determination section 55 , and an oxidation progress estimation section 56 . That is, the CPU 51 functions as a reforming unit control section 53 that controls the operation of the reforming unit 20 , an oil supply determination section 54 , a reforming necessity determination section 55 , and an oxidation progress estimation section 56 .

給油判定部54は、残量計17aにより検出された、燃料タンク17に貯留された燃料の残量の変化に基づいて、燃料タンク17への燃料の給油の有無を判定する。例えば、車両およびコントローラ50が起動されるたびに前回の燃料残量と今回の燃料残量とを比較することで、燃料タンク17への燃料の給油の有無を判定する。フューエルリッドの開閉を検出することで給油の有無を判定してもよい。 The fuel supply determining unit 54 determines whether or not fuel is being supplied to the fuel tank 17 based on the change in the remaining amount of fuel stored in the fuel tank 17 detected by the remaining amount gauge 17a. For example, each time the vehicle and the controller 50 are activated, it is determined whether or not fuel has been supplied to the fuel tank 17 by comparing the previous remaining amount of fuel with the current remaining amount of fuel. The presence or absence of refueling may be determined by detecting the opening and closing of the fuel lid.

改質要否判定部55は、給油判定部54により給油があったと判定されると、燃料の着火時期tiに基づいて改質の要否を判定する。具体的には、筒内圧センサ12により検出される燃焼室10内の圧力と、クランク角センサ15により検出されるクランク角とに基づいて燃料の着火時期tiを算出し、着火時期tiが所定クランク角ti0以上の場合は、改質が必要であると判定する。着火時期tiが所定クランク角ti0未満の場合は、改質が不要であると判定する。 When the refueling determination unit 54 determines that refueling has been performed, the reforming necessity determining unit 55 determines whether reforming is necessary based on the ignition timing ti of the fuel. Specifically, the fuel ignition timing ti is calculated based on the pressure in the combustion chamber 10 detected by the in-cylinder pressure sensor 12 and the crank angle detected by the crank angle sensor 15. If the angle ti is greater than or equal to 0, it is determined that modification is necessary. If the ignition timing ti is less than the predetermined crank angle ti0, it is determined that reforming is unnecessary.

改質要否判定部55は、改質燃料中の過酸化物濃度c1に基づいて改質の要否を判定してもよい。具体的には、濃度センサ26により検出された改質燃料中の過酸化物濃度c1が所定濃度c0未満の場合は、改質が必要であると判定し、所定濃度c0以上の場合は、改質が不要であると判定する。 The reforming necessity determination unit 55 may determine whether reforming is necessary based on the peroxide concentration c1 in the reformed fuel. Specifically, when the peroxide concentration c1 in the reformed fuel detected by the concentration sensor 26 is less than a predetermined concentration c0, it is determined that reforming is necessary. Decide that quality is unnecessary.

改質ユニット制御部53は、改質要否判定部55により改質が必要と判定されると、燃料タンク17に貯留された燃料が改質器19で改質されてインジェクタ11に供給されるよう、切替弁28により燃料供給経路18を第1経路18aに切り替える(改質オン)。一方、改質要否判定部55により改質が不要と判定されると、燃料タンク17に貯留された燃料が改質器19で改質されることなくインジェクタ11に供給されるよう、切替弁28により燃料供給経路18を第2経路18bに切り替える(改質オフ)。 When the reforming unit control unit 53 determines that reforming is necessary by the reforming necessity determination unit 55 , the fuel stored in the fuel tank 17 is reformed by the reformer 19 and supplied to the injector 11 . Thus, the switching valve 28 switches the fuel supply path 18 to the first path 18a (reforming ON). On the other hand, when the reforming necessity determining unit 55 determines that reforming is not necessary, the switching valve is adjusted so that the fuel stored in the fuel tank 17 is supplied to the injector 11 without being reformed by the reformer 19 . 28 switches the fuel supply path 18 to the second path 18b (reforming off).

酸化進行度推定部56は、改質オンのとき、燃料の着火時期tiに基づいて、改質器19における酸化反応の進行度(酸化進行度)が適正範囲内であるか否かを判定する。具体的には、筒内圧センサ12により検出される燃焼室10内の圧力とクランク角センサ15により検出されるクランク角とに基づいて改質燃料の着火時期tiを算出し、着火時期tiが所定クランク角ti0未満の場合は酸化進行度が適正範囲内であると判定する。着火時期tiが所定クランク角ti0以上の場合は、酸化進行度が適正範囲外であると判定する。 When the reforming is on, the oxidation progress estimator 56 determines whether or not the progress of the oxidation reaction (oxidation progress) in the reformer 19 is within an appropriate range based on the ignition timing ti of the fuel. . Specifically, the ignition timing ti of the reformed fuel is calculated based on the pressure in the combustion chamber 10 detected by the in-cylinder pressure sensor 12 and the crank angle detected by the crank angle sensor 15, and the ignition timing ti is set to a predetermined value. If the crank angle is less than ti0, it is determined that the degree of progress of oxidation is within the proper range. If the ignition timing ti is greater than or equal to the predetermined crank angle ti0, it is determined that the degree of progress of oxidation is out of the proper range.

酸化進行度推定部56は、改質燃料中の過酸化物濃度c1に基づいて酸化進行度が適正範囲内であるか否かを判定してもよい。具体的には、濃度センサ26により検出された改質燃料中の過酸化物濃度c1が所定濃度c0以上の場合は、酸化進行度が適正範囲内であると判定し、過酸化物濃度c1が所定濃度c0未満の場合は、酸化進行度が適正範囲外であると判定する。 The oxidation progress estimator 56 may determine whether the oxidation progress is within an appropriate range based on the peroxide concentration c1 in the reformed fuel. Specifically, when the peroxide concentration c1 in the reformed fuel detected by the concentration sensor 26 is equal to or higher than a predetermined concentration c0, it is determined that the degree of progress of oxidation is within an appropriate range, and the peroxide concentration c1 is determined to be within the appropriate range. If the concentration is less than the predetermined concentration c0, it is determined that the degree of progress of oxidation is out of the proper range.

さらに、酸化進行度推定部56は、酸化進行度が適正範囲外であると判定すると、改質燃料中の酸化物濃度c2に基づいて、酸化進行度の過不足を判定する。改質燃料中の酸化物濃度c2は、インジェクタ11による燃料噴射量と、トルクセンサ16により検出されたエンジン1の出力トルクとに基づいて推定することができる。燃料噴射量は、流量計22により検出される燃料流量に基づいて算出してもよく、エンジンECU200との通信により取得される燃料圧力(高圧ポンプ27への指令値)と燃料噴射量(インジェクタ11への指令値)とに基づいて算出してもよい。 Furthermore, when the oxidation progress estimation unit 56 determines that the oxidation progress is outside the appropriate range, it determines whether the oxidation progress is excessive or insufficient based on the oxide concentration c2 in the reformed fuel. The oxide concentration c2 in the reformed fuel can be estimated based on the fuel injection amount by the injector 11 and the output torque of the engine 1 detected by the torque sensor 16 . The fuel injection amount may be calculated based on the fuel flow rate detected by the flow meter 22, and the fuel pressure (command value to the high-pressure pump 27) and the fuel injection amount (injector 11 command value to) and may be calculated based on.

酸化進行度推定部56は、酸化物濃度c2が濃度センサ26により検出された過酸化物濃度c1以上の場合は、酸化進行度が過剰であると判定し、過酸化物濃度c1未満の場合は、酸化進行度が不足していると判定する。酸化物濃度c2が所定濃度c0以上のときに酸化進行度が過剰であると判定し、所定値未満のときに酸化進行度が不足していると判定してもよい。 If the oxide concentration c2 is equal to or higher than the peroxide concentration c1 detected by the concentration sensor 26, the oxidation progress estimation unit 56 determines that the oxidation progress is excessive. , it is determined that the degree of progress of oxidation is insufficient. It may be determined that the degree of oxidation progress is excessive when the oxide concentration c2 is equal to or higher than a predetermined concentration c0, and that the degree of oxidation progress is insufficient when it is less than a predetermined value.

改質ユニット制御部53は、酸化進行度推定部56により推定された酸化反応の進行度に応じて、改質ユニット20の動作を制御し、改質器19による改質率を調整する。具体的には、酸化進行度に応じて切替弁29の動作を制御し、燃料排出孔196a,196bを切り替えて反応室198の高さh1a,h1bを変更し、改質器19における酸化反応の反応時間を調整する。燃料排出孔196aに切り替えると、反応室198の高さh1aに対応して反応時間が短くなり、改質器19による改質率が低下する。燃料排出孔196bに切り替えると、反応室198の高さh1bに対応して反応時間が長くなり、改質器19による改質率が上昇する。 The reforming unit control section 53 controls the operation of the reforming unit 20 and adjusts the reforming rate of the reformer 19 according to the progress of the oxidation reaction estimated by the oxidation progress estimation section 56 . Specifically, the operation of the switching valve 29 is controlled according to the progress of oxidation, the fuel discharge holes 196a and 196b are switched, the heights h1a and h1b of the reaction chamber 198 are changed, and the oxidation reaction in the reformer 19 is controlled. Adjust the reaction time. When switching to the fuel discharge hole 196a, the reaction time is shortened corresponding to the height h1a of the reaction chamber 198, and the reforming rate of the reformer 19 is lowered. When switching to the fuel discharge hole 196b, the reaction time becomes longer corresponding to the height h1b of the reaction chamber 198, and the reforming rate by the reformer 19 increases.

改質ユニット制御部53は、燃料排出孔196a,196bの切り替えによる反応時間の調整に加え、空気ポンプ32の動作を制御して改質器19に供給される空気量を調整し、改質器19による改質率を調整してもよい。また、エンジン1と改質器19との間で還流される冷却水の流量を調整することで反応温度を調整し、改質器19による改質率を調整してもよい。 The reforming unit control section 53 controls the operation of the air pump 32 to adjust the amount of air supplied to the reformer 19, in addition to adjusting the reaction time by switching the fuel discharge holes 196a and 196b. 19 may be adjusted. Further, the reaction temperature may be adjusted by adjusting the flow rate of cooling water recirculated between the engine 1 and the reformer 19, and the reforming rate by the reformer 19 may be adjusted.

図9Aおよび図9Bは、コントローラ50のCPU51により実行される改質切替処理の一例を示すフローチャートである。図9Aおよび図9Bの処理は、例えば車両およびコントローラ50が起動されると開始される。 9A and 9B are flowcharts showing an example of the reforming switching process executed by the CPU 51 of the controller 50. FIG. The processes of FIGS. 9A and 9B are initiated, for example, when the vehicle and controller 50 are activated.

図9Aの処理では、先ずステップS1で、給油判定部54での処理により、車両およびコントローラ50の停止中に燃料タンク17への燃料の給油があったか否かを判定する。ステップS1で肯定されると、ステップS2Aに進み、否定されると、処理を終了する。ステップS2Aでは、改質要否判定部55での処理により、着火時期tiを算出し、着火時期tiが所定クランク角ti0以上であるか否かを判定する。 In the process of FIG. 9A, first, in step S1, the refueling determining unit 54 determines whether fuel has been replenished to the fuel tank 17 while the vehicle and the controller 50 are stopped. If the result in step S1 is affirmative, the process proceeds to step S2A, and if the result is negative, the process ends. In step S2A, the ignition timing ti is calculated by the processing in the reforming necessity determination unit 55, and it is determined whether or not the ignition timing ti is equal to or greater than a predetermined crank angle ti0.

ステップS2Aで肯定されると、燃料の着火性が不十分であるとしてステップS3に進み、改質ユニット制御部53での処理により、切替弁28の動作を制御して燃料供給経路18を第1経路18aに切り替え、改質器19での改質をオンにして処理を終了する。一方、ステップS2Aで否定されると、燃料の着火性が十分であるとしてステップS4に進み、改質ユニット制御部53での処理により、切替弁28の動作を制御して燃料供給経路18を第2経路18bに切り替え、改質器19での改質をオフにして処理を終了する。 If the result in step S2A is affirmative, the ignitability of the fuel is insufficient, and the process proceeds to step S3. Switching to the path 18a, the reforming in the reformer 19 is turned on, and the process ends. On the other hand, if the result in step S2A is NO, it is determined that the ignitability of the fuel is sufficient, and the process proceeds to step S4. Switching to the second path 18b, the reforming in the reformer 19 is turned off, and the process ends.

図9Bの処理では、図9AのステップS2Aに代えて、ステップS2Bで、改質要否判定部55での処理により、過酸化物濃度c1が所定濃度c0未満であるか否かを判定し、燃料の着火性が不十分で改質の必要があるか否かを判定する。 In the process of FIG. 9B, instead of step S2A of FIG. 9A, in step S2B, the process in the reforming necessity determination unit 55 determines whether the peroxide concentration c1 is less than the predetermined concentration c0, Determine whether or not the ignitability of the fuel is insufficient and reforming is necessary.

このように、着火時期tiや過酸化物濃度c1に基づいて給油後の燃料タンク17内の燃料の着火性が評価され(ステップS1,S2A,S2B)、圧縮着火に適さない着火性の場合は燃料が改質器19で改質されてからエンジン1に供給される(ステップS3)。このため、低オクタン価ガソリンや通常のオクタン価のガソリンが給油され得るFFV(Flexible Fuel Vehicle)に搭載される圧縮着火式エンジンの十分な燃焼性能を確保することができる。 In this way, the ignitability of the fuel in the fuel tank 17 after refueling is evaluated based on the ignition timing ti and the peroxide concentration c1 (steps S1, S2A, and S2B). The fuel is reformed by the reformer 19 and then supplied to the engine 1 (step S3). Therefore, it is possible to ensure sufficient combustion performance of a compression ignition engine installed in an FFV (Flexible Fuel Vehicle) that can be refueled with low octane gasoline or normal octane gasoline.

図10Aおよび図10Bは、コントローラ50のCPU51により実行される改質率調整処理の一例を示すフローチャートである。図10Aおよび図10Bの処理は、例えば改質器19による改質がオンになると開始される。 10A and 10B are flowcharts showing an example of the reforming rate adjustment process executed by the CPU 51 of the controller 50. FIG. The processes of FIGS. 10A and 10B are started, for example, when reforming by the reformer 19 is turned on.

図10Aの処理では、先ずステップS5で、改質器19による改質がオンであるか否かを判定する。ステップS5で肯定されると、ステップS6Aに進み、否定されると、処理を終了する。ステップS6Aでは、酸化進行度推定部56での処理により、改質燃料の着火時期tiを算出し、着火時期tiが所定クランク角ti0未満であるか否かを判定する。ステップS6Aで肯定されると、改質器19における酸化進行度が適正範囲内であると判定し、処理を終了する。 In the process of FIG. 10A, first, in step S5, it is determined whether reforming by the reformer 19 is ON. If the result in step S5 is affirmative, the process proceeds to step S6A, and if the result is negative, the process ends. In step S6A, the ignition timing ti of the reformed fuel is calculated by the processing in the oxidation progress estimation unit 56, and it is determined whether or not the ignition timing ti is less than a predetermined crank angle ti0. If the result in step S6A is affirmative, it is determined that the degree of progress of oxidation in the reformer 19 is within the proper range, and the process is terminated.

一方、ステップS6Aで否定されると、改質器19における酸化進行度が適正範囲外であると判定し、ステップS7に進んで改質燃料中の酸化物濃度c2を算出し、酸化物濃度c2が過酸化物濃度c1以上であるか否かを判定する。ステップS7で肯定されると、ステップS8に進み、否定されると、ステップS9に進む。ステップS8では、酸化進行度が過剰であるとして、改質ユニット制御部53での処理により、切替弁29の動作を制御して燃料排出孔196aに切り替え、反応時間を短くして改質器19による改質率を低下させ、ステップS6Aに戻る。 On the other hand, if the result of step S6A is NO, it is determined that the degree of progress of oxidation in the reformer 19 is out of the proper range, and the process proceeds to step S7 to calculate the oxide concentration c2 in the reformed fuel and calculate the oxide concentration c2. is greater than or equal to the peroxide concentration c1. If the result in step S7 is affirmative, the process proceeds to step S8, and if the result is negative, the process proceeds to step S9. In step S8, it is judged that the degree of progress of oxidation is excessive, and the reforming unit control section 53 controls the operation of the switching valve 29 to switch to the fuel discharge hole 196a, shortens the reaction time, and reduces the reformer 19 is reduced, and the process returns to step S6A.

ステップS9では、酸化進行度推定部56での処理により、酸化物濃度c2が過酸化物濃度c1未満であるか否かを判定する。ステップS9で肯定されると、ステップS10に進み、否定されると、ステップS11に進む。ステップS10では、酸化進行度が不足しているとして、改質ユニット制御部53での処理により、切替弁29の動作を制御して燃料排出孔196bに切り替え、反応時間を長くして改質器19による改質率を上昇させ、ステップS6Aに戻る。ステップS11では、装置100が故障していると判定し、例えばエンジンECU200に故障コードを送信して処理を終了する。 In step S9, it is determined whether or not the oxide concentration c2 is less than the peroxide concentration c1 by processing in the oxidation progress estimation unit 56. If the result in step S9 is affirmative, the process proceeds to step S10, and if the result is negative, the process proceeds to step S11. In step S10, it is determined that the degree of progress of oxidation is insufficient, and the reforming unit control section 53 controls the operation of the switching valve 29 to switch to the fuel discharge hole 196b, lengthens the reaction time, and 19 is increased, and the process returns to step S6A. In step S11, it is determined that the device 100 is out of order, for example, a fault code is transmitted to the engine ECU 200, and the process ends.

図10Bの処理では、図10AのステップS6Aに代えて、ステップS6Bで、酸化進行度推定部56での処理により、改質燃料中の過酸化物濃度c1が所定濃度c0以上であるか否かを判定する。 In the process of FIG. 10B, instead of step S6A of FIG. 10A, in step S6B, the oxidation progress estimation unit 56 determines whether the peroxide concentration c1 in the reformed fuel is equal to or higher than the predetermined concentration c0. judge.

このように、改質器19における酸化進行度を推定し(ステップS6A,S6B,S7,S9)、酸化進行度に応じて改質器19による改質率を調整することで(ステップS8,S10)、燃料を圧縮着火に適した状態まで改質することができる。また、さまざまなオクタン価のガソリンが給油される場合や、オクタン価の異なる複数のガソリンが燃料タンク17中で混合される場合であっても、FFVに搭載される圧縮着火式エンジンの十分な燃焼性能を確保することができる。 Thus, by estimating the degree of progress of oxidation in the reformer 19 (steps S6A, S6B, S7, S9) and adjusting the reforming rate of the reformer 19 according to the degree of progress of oxidation (steps S8, S10 ), the fuel can be reformed to a state suitable for compression ignition. In addition, even when gasolines with various octane numbers are refueled or when a plurality of gasolines with different octane numbers are mixed in the fuel tank 17, the compression ignition engine mounted on the FFV has sufficient combustion performance. can be secured.

図11は、装置100の変形例である装置100Aの構成の一例を模式的に示す図である。装置100Aは、装置100の構成に加え、NHPI触媒などの触媒(粉体)を適宜な溶媒に混合した触媒溶液が貯留された触媒タンク40を有する。また、装置100Aは、改質器19に触媒を供給する触媒供給経路41上に、フィルタ42と、触媒を圧送する触媒ポンプ43と、触媒の流量を検出する流量計44と、触媒供給経路41を開閉する開閉弁45とを有する。 FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a device 100A that is a modification of the device 100. As shown in FIG. The apparatus 100A has, in addition to the configuration of the apparatus 100, a catalyst tank 40 in which a catalyst solution obtained by mixing a catalyst (powder) such as an NHPI catalyst in an appropriate solvent is stored. In addition, the device 100A includes a filter 42, a catalyst pump 43 for pressure-feeding the catalyst, a flow meter 44 for detecting the flow rate of the catalyst, and the catalyst supply path 41 on the catalyst supply path 41 for supplying the catalyst to the reformer 19. and an on-off valve 45 that opens and closes the .

装置100Aの改質器19は、触媒溶液が反応物とともに反応器内を流動する流動床反応器として機能する。この場合、触媒(粉体)の粒子径を小さくすることができ、反応効率を向上することができる。また、NHPI触媒は、改質燃料から分離する必要がなく、そのままインジェクタ11に供給することができるため、装置全体を簡易な構成とすることができる。 The reformer 19 of apparatus 100A functions as a fluidized bed reactor in which the catalyst solution flows with the reactants within the reactor. In this case, the particle size of the catalyst (powder) can be reduced, and the reaction efficiency can be improved. In addition, the NHPI catalyst does not need to be separated from the reformed fuel, and can be supplied to the injector 11 as it is, so that the overall structure of the device can be simplified.

装置100Aの改質ユニット制御部53は、反応時間、空気量、熱媒量の調整に加え、触媒ポンプ43の動作を制御して触媒量を調整することで、改質器19による改質率を調整することができる。具体的には、触媒ポンプ43の動作を制御し、改質器19に供給される触媒量を低下させることで改質器19による改質率を低下させ、改質器19に供給される触媒量を増加させることで改質器19による改質率を上昇させることができる。 The reforming unit control unit 53 of the apparatus 100A controls the operation of the catalyst pump 43 to adjust the amount of catalyst in addition to adjusting the reaction time, the amount of air, and the amount of heat medium. can be adjusted. Specifically, the operation of the catalyst pump 43 is controlled to reduce the amount of catalyst supplied to the reformer 19, thereby reducing the reforming rate of the reformer 19 and reducing the amount of catalyst supplied to the reformer 19. By increasing the amount, the reforming rate of the reformer 19 can be increased.

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)酸化反応により燃料を改質する装置100は、鉛直方向に延在する外管191と内管192とを有し、外管191と内管192との間に円筒空間193を形成する改質器19を備える(図6)。外管191は、円筒空間193に燃料と空気とを導入するように外管191の下部を貫通する導入孔194と、円筒空間193から空気を排出するように外管191の上部を貫通する空気排出孔195と、円筒空間193から燃料を排出するように外管191の導入孔194と空気排出孔195との間を貫通する燃料排出孔196a,196bとが設けられる(図6)。円筒空間193の上端193aおよび下端193bは閉鎖される。改質器19は、下端193bから燃料排出孔196a,196bまでの円筒空間193で導入孔194を介して供給された燃料が触媒存在下で酸化反応するように構成される。これにより、単一の二重管反応器である改質器19の下部の反応室198で酸化反応、上部の気液分離室199で気液分離を行うことができるため、装置100全体を簡易な構成とすることができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The device 100 for reforming fuel by oxidation reaction has an outer tube 191 and an inner tube 192 extending vertically, and a cylindrical space 193 is formed between the outer tube 191 and the inner tube 192. A reformer 19 is provided (FIG. 6). The outer tube 191 has an introduction hole 194 penetrating the lower portion of the outer tube 191 to introduce fuel and air into the cylindrical space 193, and an air inlet 194 penetrating the upper portion of the outer tube 191 to discharge air from the cylindrical space 193. A discharge hole 195 and fuel discharge holes 196a and 196b penetrating between the introduction hole 194 of the outer tube 191 and the air discharge hole 195 are provided to discharge the fuel from the cylindrical space 193 (FIG. 6). An upper end 193a and a lower end 193b of the cylindrical space 193 are closed. The reformer 19 is configured such that the fuel supplied through the introduction hole 194 undergoes an oxidation reaction in the presence of a catalyst in the cylindrical space 193 from the lower end 193b to the fuel discharge holes 196a and 196b. As a result, the oxidation reaction can be performed in the lower reaction chamber 198 of the reformer 19, which is a single double-tube reactor, and the gas-liquid separation can be performed in the upper gas-liquid separation chamber 199, so that the entire apparatus 100 can be simplified. can be configured.

(2)燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの高さh2a,h2bは、外管191の内壁191aと内管192の外壁192aとの間の隙間gを消炎距離の2倍としたときに、燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの円筒空間193で気液分離が可能な高さh0以上である。反応物から消炎距離以内の範囲に改質器19の内壁191aが存在するため、改質器19の安全性を高めることができる。 (2) The heights h2a and h2b from the fuel discharge holes 196a and 196b to the upper end 193a are obtained when the gap g between the inner wall 191a of the outer tube 191 and the outer wall 192a of the inner tube 192 is twice the quenching distance. , the height h0 or more at which gas-liquid separation is possible in the cylindrical space 193 from the fuel discharge holes 196a, 196b to the upper end 193a. Since the inner wall 191a of the reformer 19 exists within the quenching distance from the reactant, the safety of the reformer 19 can be enhanced.

(3)燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの高さh2a,h2bは、外管191の内壁191aと内管192の外壁192aとの間の隙間gを最大安全隙間としたときに、燃料排出孔196a,196bから上端193aまでの円筒空間193で気液分離が可能な高さh0以上である。酸化反応が進行する反応室198を最大安全隙間で構成することで、改質器19の安全性をさらに高めることができる。 (3) The heights h2a and h2b from the fuel discharge holes 196a and 196b to the upper end 193a are determined when the gap g between the inner wall 191a of the outer tube 191 and the outer wall 192a of the inner tube 192 is the maximum safe clearance. The height h0 or more enables gas-liquid separation in the cylindrical space 193 from the discharge holes 196a, 196b to the upper end 193a. The safety of the reformer 19 can be further enhanced by forming the reaction chamber 198 in which the oxidation reaction proceeds with the maximum safety gap.

(4)燃料排出孔196a,196bは、鉛直方向に複数設けられる。複数の燃料排出孔196a,196bを切り替え、反応室198の高さh1a,h1bを変更することで、酸化反応の反応時間を調整することができる。この場合、熱媒や空気、触媒の流量調整が不要となるため、装置全体を一層簡易な構成とすることができる。 (4) A plurality of fuel discharge holes 196a and 196b are provided in the vertical direction. By switching the plurality of fuel discharge holes 196a and 196b and changing the heights h1a and h1b of the reaction chamber 198, the reaction time of the oxidation reaction can be adjusted. In this case, since it is not necessary to adjust the flow rates of the heat medium, air, and catalyst, the overall structure of the apparatus can be made simpler.

上記実施形態では、通常のオクタン価のガソリンの着火性を向上させて低オクタン価ガソリン相当に改質する酸化反応を例に説明したが、燃料改質装置は、酸化反応により燃料を改質するものであればよく、例示したものに限定されない。例えば、酸化反応によりガソリン燃料をアルコール燃料に改質するものでもよい。 In the above embodiment, the oxidation reaction for improving the ignitability of normal octane gasoline and reforming it to a low octane gasoline is explained as an example, but the fuel reformer reforms the fuel by the oxidation reaction. It is not limited to the exemplified ones. For example, gasoline fuel may be reformed into alcohol fuel by an oxidation reaction.

上記実施形態では、燃料の着火性が圧縮着火に適するか否かを評価するための閾値の一例として、具体的な燃料のオクタン価や、改質燃料中の過酸化物および酸化物の濃度を示して説明したが、各閾値は、これらに限定されるものではない。 In the above embodiment, examples of threshold values for evaluating whether the ignitability of the fuel is suitable for compression ignition include the specific octane number of the fuel and the concentrations of peroxides and oxides in the reformed fuel. However, each threshold is not limited to these.

上記実施形態では、燃料改質装置を車両(FFV)に搭載されたエンジン1に適用する例を示したが、車載エンジンに限らず、発電機や作業機などの製品に適用してもよい。 In the above embodiment, an example in which the fuel reformer is applied to the engine 1 mounted on a vehicle (FFV) was shown, but it is not limited to the vehicle engine, and may be applied to products such as generators and working machines.

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited by the above-described embodiments and modifications as long as the features of the present invention are not impaired. It is also possible to arbitrarily combine one or more of the above embodiments and modifications, and it is also possible to combine modifications with each other.

1 エンジン、10 燃焼室、11 インジェクタ、12 筒内圧センサ、17 燃料タンク、17a 残量計、18 燃料供給経路、18a 第1経路、18b 第2経路、19 改質器、20 改質ユニット、23,34,45 開閉弁、26 濃度センサ、28 切替弁、32 空気ポンプ、40 触媒タンク、43 触媒ポンプ、50 コントローラ、51 CPU、52 メモリ、53 改質ユニット制御部、54 給油判定部、55 改質要否判定部、56 酸化進行度推定部、100,100A 燃料改質装置(装置)、191 外管、192 内管、193 円筒空間、193a 上端、193b 下端、194 導入孔、195 空気排出孔、196a,196b 燃料排出孔、197 還流経路、198 反応室、199 気液分離室 Reference Signs List 1 engine 10 combustion chamber 11 injector 12 in-cylinder pressure sensor 17 fuel tank 17a fuel gauge 18 fuel supply path 18a first path 18b second path 19 reformer 20 reforming unit 23 , 34, 45 on-off valve, 26 concentration sensor, 28 switching valve, 32 air pump, 40 catalyst tank, 43 catalyst pump, 50 controller, 51 CPU, 52 memory, 53 reforming unit control section, 54 oil supply determination section, 55 reform Quality Necessity Determining Part 56 Oxidation Progress Estimating Part 100, 100A Fuel reformer (apparatus) 191 Outer tube 192 Inner tube 193 Cylindrical space 193a Upper end 193b Lower end 194 Introduction hole 195 Air discharge hole , 196a, 196b fuel discharge hole, 197 reflux path, 198 reaction chamber, 199 gas-liquid separation chamber

Claims (4)

酸化反応により燃料を改質する燃料改質装置であって、
鉛直方向に延在する外管と内管とを有し、前記外管と前記内管との間に円筒空間を形成する二重管を備え、
前記外管は、前記円筒空間に燃料と空気とを導入するように前記外管の下部を貫通する導入孔と、前記円筒空間から空気を排出するように前記外管の上部を貫通する空気排出孔と、前記円筒空間から燃料を排出するように前記外管の前記導入孔と前記空気排出孔との間を貫通する燃料排出孔と、が設けられ、
前記円筒空間の上端および下端は閉鎖され、
前記二重管は、前記下端から前記燃料排出孔までの前記円筒空間で前記導入孔を介して供給された燃料が触媒存在下で酸化反応するように構成されることを特徴とする燃料改質装置。
A fuel reformer that reforms fuel by an oxidation reaction,
A double tube having an outer tube and an inner tube extending in a vertical direction and forming a cylindrical space between the outer tube and the inner tube,
The outer tube has an introduction hole penetrating the lower part of the outer tube to introduce fuel and air into the cylindrical space, and an air outlet penetrating the upper part of the outer tube to discharge air from the cylindrical space. a hole and a fuel discharge hole penetrating between the introduction hole of the outer tube and the air discharge hole to discharge fuel from the cylindrical space;
the upper and lower ends of said cylindrical space are closed;
The fuel reformer, wherein the double pipe is configured such that the fuel supplied through the introduction hole is oxidized in the presence of a catalyst in the cylindrical space from the lower end to the fuel discharge hole. Device.
請求項1に記載の燃料改質装置において、
前記燃料排出孔から前記上端までの高さは、前記外管の内壁と前記内管の外壁との間の隙間を消炎距離の2倍としたときに、前記燃料排出孔から前記上端までの前記円筒空間で気液分離が可能な高さ以上であることを特徴とする燃料改質装置。
The fuel reformer of claim 1, wherein
The height from the fuel discharge hole to the upper end is the distance from the fuel discharge hole to the upper end when the gap between the inner wall of the outer tube and the outer wall of the inner tube is twice the flame extinction distance. A fuel reformer having a height equal to or higher than that capable of separating gas and liquid in a cylindrical space.
請求項1に記載の燃料改質装置において、
前記燃料排出孔から前記上端までの高さは、前記外管の内壁と前記内管の外壁との間の隙間を最大安全隙間としたときに、前記燃料排出孔から前記上端までの前記円筒空間で気液分離が可能な高さ以上であることを特徴とする燃料改質装置。
The fuel reformer of claim 1, wherein
The height from the fuel discharge hole to the upper end is the cylindrical space from the fuel discharge hole to the upper end when the gap between the inner wall of the outer pipe and the outer wall of the inner pipe is the maximum safe clearance. A fuel reformer characterized by having a height higher than that at which gas-liquid separation is possible.
請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料改質装置において、
前記燃料排出孔は、鉛直方向に複数設けられることを特徴とする燃料改質装置。
In the fuel reformer according to any one of claims 1 to 3,
A fuel reformer, wherein a plurality of said fuel discharge holes are provided in a vertical direction.
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