JP7255377B2 - Fuel reformer control method and fuel reformer - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関に供給される燃料を改質するための燃料改質装置及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel reformer for reforming fuel supplied to an internal combustion engine and a control method thereof.

自動車等の車両に用いられる内燃機関の熱効率向上技術の1つとして、燃焼室に供給される吸気に水素を含ませることにより燃料の着火性を高めるようにした技術がある。このように吸気に水素を含ませるための手法としては、排気ガスの熱を利用してガソリン燃料と水とを水素生成用の改質触媒で化学反応させる手段が知られている。このような手段を実現するため、車両には、改質触媒に供給される水が貯留される水タンクが設けられることになるが、このような構成を採用した場合、特に冬季や寒冷地においては、水タンク内の水が凍結してしまう懸念がある。そこで、このような問題点に対応するための技術として、例えば特許文献1(特表2002-527660号公報)には、尿素溶液の凍結を防止したり、気化時間を短縮したりするために尿素溶液温度を適温に維持するための電気ヒータを設ける技術が開示されている。 2. Description of the Related Art As one of techniques for improving the thermal efficiency of internal combustion engines used in vehicles such as automobiles, there is a technique for increasing the ignitability of fuel by including hydrogen in the intake air supplied to the combustion chamber. As a method for making the intake air contain hydrogen, there is known a method of chemically reacting gasoline fuel and water with a reforming catalyst for generating hydrogen using the heat of the exhaust gas. In order to realize such means, the vehicle is provided with a water tank that stores water to be supplied to the reforming catalyst. There is a concern that the water in the water tank may freeze. Therefore, as a technique for coping with such problems, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2002-527660) discloses urea to prevent freezing of a urea solution and shorten the vaporization time. A technique of providing an electric heater for maintaining the temperature of the solution at an appropriate temperature has been disclosed.

特表2002-527660号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-527660

しかしながら、水タンク凍結防止のために電気ヒータを使用すると、バッテリー残量が減ることで、他の電装部品の作動に悪影響が及ぶ懸念がある。そこで、排気ガスの熱を利用して凍結した水を解凍することが考えられるが、排気ガスの熱は水素生成用の触媒を活性温度に維持するためにも利用されているため、水タンク解凍のためにだけ無条件に利用することはできない。すなわち、熱効率向上の観点で、水素生成用触媒の暖機と水タンクの解凍を両立しながら最短時間で行って早期に改質触媒による水素生成を開始できるようにすることが求められる。 However, if an electric heater is used to prevent the water tank from freezing, there is a concern that the remaining battery level will decrease, which will adversely affect the operation of other electrical components. Therefore, it is conceivable to use the heat of the exhaust gas to thaw the frozen water. cannot be used unconditionally only for That is, from the viewpoint of improving the thermal efficiency, it is required to both warm up the hydrogen generation catalyst and defrost the water tank in the shortest time so that hydrogen generation by the reforming catalyst can be started early.

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、排気ガスの熱を効果的に利用することにより、改質触媒の暖機と水タンクの解凍を両立しながら効率よく完了させて、早期に改質触媒による水素生成を開始できる燃料改質装置及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its object is to effectively utilize the heat of the exhaust gas, while simultaneously warming up the reforming catalyst and defrosting the water tank. An object of the present invention is to provide a fuel reformer capable of efficiently completing the process and starting hydrogen generation by a reforming catalyst at an early stage, and a method of controlling the same.

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項1に記載のように、内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと
を備えた燃料改質装置を制御する燃料改質装置の制御方法において、前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得ステップと、前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得ステップと、前記改質触媒温度取得ステップで取得した改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定ステップと、前記水タンク温度取得ステップで取得した水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定ステップと、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較ステップと、前記温度上昇速度比較ステップでの比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御ステップとを備えた。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following solutions. That is, as described in claim 1, a reforming catalyst for promoting a steam reforming reaction of fuel supplied to an internal combustion engine, a water tank containing water to be supplied to the reforming catalyst, a reforming catalyst side exhaust gas passage for flowing exhaust gas from the internal combustion engine to the reforming catalyst side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the reforming catalyst; a water tank side exhaust gas passage for flowing exhaust gas from the internal combustion engine to the water tank side so that the heat of the internal combustion engine is given to the water tank; and the reforming catalyst side exhaust gas passage for the exhaust gas from the internal combustion engine. and an exhaust gas flow control valve for adjusting the flow rate to the water tank side exhaust gas passage, wherein the temperature of the reforming catalyst is adjusted to a reforming catalyst temperature obtaining step for obtaining a temperature of the water tank; a water tank temperature obtaining step for obtaining the temperature of the water tank; a catalyst temperature rise rate estimating step of estimating the target catalyst temperature attainment time required for the temperature of the reforming catalyst to reach the target catalyst temperature when the temperature is low; and the water tank temperature obtained in the water tank temperature obtaining step. is lower than a preset target water tank temperature, a water tank temperature rise rate estimating step of estimating the target water tank temperature attainment time required for the temperature of the water tank to reach the target water tank temperature; a temperature rise speed comparison step of comparing the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time; and a valve control step of controlling the exhaust gas flow control valve so that the achievement times are close to each other.

上記解決手法によれば、改質触媒及び水タンクの温度から推定された目標触媒温度達成時間と目標水タンク温度達成時間が互いに近づいていくように、改質触媒側排気ガス通路と水タンク側排気ガス通路を流れる排気ガスの流量割合が、内燃機関の運転状態に応じて最適化され続けるので、改質触媒と水タンクを、ほぼ同時に目標温度(最適温度)に到達するようにできる。したがって、改質触媒と水タンク内の水のいずれか一方が遅れて目標温度に到達することによる遅れを生じることなく、燃料改質装置を最短の時間で作動(水素生成)を開始するように制御できる。また、このために、排気ガスの熱のみが利用されるので、電気ヒータ等で電力が消費されてしまうことはなく、燃費の低下や他の電装部品への悪影響が生じないようにできる。 According to the above solution method, the reforming catalyst side exhaust gas passage and the water tank side are arranged so that the target catalyst temperature achievement time and the target water tank temperature achievement time estimated from the temperatures of the reforming catalyst and the water tank become closer to each other. Since the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage continues to be optimized according to the operating state of the internal combustion engine, the reforming catalyst and the water tank can reach the target temperature (optimal temperature) almost simultaneously. Therefore, the fuel reformer can start operating (hydrogen generation) in the shortest possible time without any delay caused by either the reforming catalyst or the water in the water tank reaching the target temperature. You can control it. In addition, since only the heat of the exhaust gas is used for this purpose, electric power is not consumed by the electric heater or the like, and it is possible to prevent a decrease in fuel consumption and an adverse effect on other electrical components.

また、請求項2に記載のように、内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと、前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得手段と、前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得手段と、前記改質触媒温度取得手段により取得された改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定手段と、前記水タンク温度取得手段により取得された水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定手段と、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較手段と、前記温度上昇速度比較手段による比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御手段とを備えた。 Further, as described in claim 2, a reforming catalyst for promoting a steam reforming reaction of fuel supplied to an internal combustion engine, a water tank containing water to be supplied to the reforming catalyst, and the a reforming catalyst side exhaust gas passage for flowing exhaust gas from the internal combustion engine to the reforming catalyst side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the reforming catalyst; a water tank side exhaust gas passage for flowing exhaust gas from the internal combustion engine to the water tank side so that the heat of the internal combustion engine is given to the water tank; and the reforming catalyst side exhaust gas passage for the exhaust gas from the internal combustion engine. an exhaust gas flow control valve that adjusts the flow rate to and the water tank side exhaust gas passage; a reforming catalyst temperature obtaining means that obtains the temperature of the reforming catalyst; and the temperature of the water tank is obtained. When the temperature of the reforming catalyst obtained by the water tank temperature obtaining means and the reforming catalyst temperature obtaining means is lower than a preset target catalyst temperature, the temperature of the reforming catalyst reaches the target catalyst temperature. a catalyst temperature rise rate estimating means for estimating a time required to reach a target catalyst temperature; Water tank temperature rise rate estimating means for estimating target water tank temperature attainment time required for water tank temperature to reach target water tank temperature; temperature rise rate comparison means, and based on the comparison result of the temperature rise rate comparison means, the exhaust gas flow rate control valve is controlled so that the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time become closer to each other. and valve control means.

上記解決手法によれば、改質触媒及び水タンクの温度から推定された目標触媒温度達成時間と目標水タンク温度達成時間が互いに近づいていくように、改質触媒側排気ガス通路と水タンク側排気ガス通路を流れる排気ガスの流量割合が、内燃機関の運転状態に応じて最適化され続けるので、改質触媒と水タンクは、ほぼ同時に目標温度(最適温度)に到達するようにできる。したがって、改質触媒と水タンク内の水のいずれか一方が遅れて目標温度に到達することによる遅れを生じることなく、最短の時間で作動(水素生成)を開始する燃料改質装置を構成することができる。また、このために、排気ガスの熱のみが利用されるので、電気ヒータ等で電力が消費されてしまうことはなく、燃費の低下や他の電装部品への悪影響が生じないようにできる。 According to the above solution method, the reforming catalyst side exhaust gas passage and the water tank side are arranged so that the target catalyst temperature achievement time and the target water tank temperature achievement time estimated from the temperatures of the reforming catalyst and the water tank become closer to each other. Since the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage continues to be optimized according to the operating state of the internal combustion engine, the reforming catalyst and the water tank can reach the target temperature (optimal temperature) almost simultaneously. Therefore, a fuel reformer is configured that starts operation (hydrogen generation) in the shortest time without causing a delay due to either the reforming catalyst or the water in the water tank reaching the target temperature with a delay. be able to. In addition, since only the heat of the exhaust gas is used for this purpose, electric power is not consumed by the electric heater or the like, and it is possible to prevent a decrease in fuel consumption and an adverse effect on other electrical components.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項3以下に記載の通りである。すなわち、前記改質触媒側排気ガス通路と前記水タンク用排気ガス通路は、前記内燃機関の排気ガス通路の一部を構成するように並列に設けられており、前記改質触媒よりも下流に位置するように前記排気ガス通路上に配置された排気浄化触媒を備え、前記水タンク用排気ガス通路は、前記改質触媒よりも上流において前記改質触媒側排気ガス通路と分岐するとともに、前記改質触媒の下流かつ前記排気浄化触媒の上流において前記改質触媒側排気ガス通路と合流するようになっている(請求項3対応)。この場合、改質触媒及び水タンクは、いずれも排気浄化触媒よりも上流に設けられるので、排気ガス温度が改質触媒及び水タンクに供給される前に排気浄化触媒によって低下してしまうことはなく、改質触媒及び水タンクには高温の排気ガスが供給される。よって、改質触媒及び水タンクの温度を早期に上昇させていくことができる。 Preferred modes based on the above solution method are as described in claims 3 and subsequent claims in the scope of claims. That is, the reforming catalyst side exhaust gas passage and the water tank exhaust gas passage are provided in parallel so as to constitute a part of the exhaust gas passage of the internal combustion engine, and are located downstream of the reforming catalyst. The water tank exhaust gas passage branches off from the reforming catalyst side exhaust gas passage upstream of the reforming catalyst, and the It merges with the reforming catalyst side exhaust gas passage downstream of the reforming catalyst and upstream of the exhaust purification catalyst (corresponding to claim 3). In this case, since the reforming catalyst and the water tank are both provided upstream of the exhaust purification catalyst, the exhaust gas temperature is not lowered by the exhaust purification catalyst before it is supplied to the reforming catalyst and the water tank. Instead, the reforming catalyst and water tank are supplied with hot exhaust gas. Therefore, the temperatures of the reforming catalyst and the water tank can be raised early.

本発明の燃料改質装置の構成の一例を示す構成図。1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a fuel reformer of the present invention; FIG. 本発明の制御系の一例を示すブロック構成図。1 is a block configuration diagram showing an example of a control system of the present invention; FIG. 本発明の制御の一例を示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing an example of control of the present invention; 本発明の制御の一例を示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing an example of control of the present invention; 本発明の制御の一例の制御手順を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a control procedure of an example of control according to the present invention;

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1には、本発明の一実施形態における燃料改質制御装置を含む車両の一部の構成を示す。また、図2には、本実施形態における制御系の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of part of a vehicle including a fuel reforming control device according to one embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows the configuration of the control system in this embodiment.

図示されるように、燃料改質装置は、燃料改質用の水素を生成するための改質触媒1(改質器)と、改質触媒1に供給される水を貯留している水タンク2とを備えている。改質触媒1は、内燃機関Eに至る改質ガス供給通路3上に設けられており、改質ガス供給通路3に対して燃料タンク4からの燃料と水タンク2からの水が供給されることにより、改質触媒1と水の化学反応により水素が生成され、水素を含む燃料ガスが内燃機関Eに供給されるようになっている。 As shown, the fuel reformer includes a reforming catalyst 1 (reformer) for generating hydrogen for fuel reforming, and a water tank storing water to be supplied to the reforming catalyst 1. 2. A reforming catalyst 1 is provided on a reformed gas supply passage 3 leading to an internal combustion engine E, and fuel from a fuel tank 4 and water from a water tank 2 are supplied to the reformed gas supply passage 3. As a result, hydrogen is generated by a chemical reaction between the reforming catalyst 1 and water, and fuel gas containing hydrogen is supplied to the internal combustion engine E.

改質触媒1の温度と水タンク2内のタンク水温度は、それぞれ触媒温度センサ5と水タンク温度センサ6で検出され、これらの検出値がコントローラUに入力されるようになっている。また、燃料タンク4からの燃料供給量と、水タンク2からの水供給量は、コントローラUで制御されるようになっている。また、改質ガス供給通路3は、内燃機関Eの吸気ポート7に接続されて、改質触媒1で改質された燃料、すなわち水素ガスやCOを含む改質ガスが流通するようになっており、吸気ポート7への燃料供給(改質ガスの供給)は、改質ガス供給量調整弁8で制御されるようになっている。 The temperature of the reforming catalyst 1 and the temperature of water in the water tank 2 are detected by a catalyst temperature sensor 5 and a water tank temperature sensor 6, respectively, and these detected values are input to the controller U. A controller U controls the amount of fuel supplied from the fuel tank 4 and the amount of water supplied from the water tank 2 . The reformed gas supply passage 3 is connected to an intake port 7 of the internal combustion engine E so that fuel reformed by the reforming catalyst 1, that is, a reformed gas containing hydrogen gas and CO, flows. Fuel supply (supply of reformed gas) to the intake port 7 is controlled by a reformed gas supply amount control valve 8 .

改質触媒1及び水タンク2は、内燃機関Eの排気ガス通路10上に配置されている。詳しく説明すると、排気ガス通路10は、改質触媒1の上流側で、改質触媒側排気ガス通路10A、水タンク側排気ガス通路10B、改質前燃料供給通路13に分岐しており、改質触媒1は改質触媒側排気ガス通路10Aに、水タンク2は水タンク側排気ガス通路10B上に、それぞれ配置されている。また、改質触媒1には、排気ガスの熱を受け取るための熱交換機構が、また水タンク2には、排気ガス熱を利用した昇温機構2Aが、それぞれ設けられている。これにより、排気ガス通路10上の排気ガスの熱が、熱交換により改質触媒1及び水タンク2に付与され得るようになっている。改質前燃料供給通路13は、排気ガス通路10を流れていた排気ガスの一部を改質触媒1に供給するための通路であり、ガソリンタンクとも接続されて、通路内にガソリン燃料を供給可能に構成されており、通路内を流れる排気ガスに乗せてガソリン燃料を改質触媒に供給できるようになっている。

改質触媒側排気ガス通路10Aと水タンク側排気ガス通路10Bは、改質触媒1の下流側で再び合流して、再び1本の排気ガス通路10を構成している。排気ガス通路10には、改質触媒側排気ガス通路10Aと水タンク側排気ガス通路10Bの合流地点よりも下流に位置するように、排気ガス浄化のための排気浄化触媒11が設けられている。このように、改質触媒1及び水タンク2は排気浄化触媒11よりも上流に設けられるので、内燃機関Eを始動した直後のように比較的排気ガス温度が低く、排気浄化触媒11を通過することによる排気ガス温度昇温効果が得にくい状況であっても、改質触媒1及び水タンク2には内燃機関Eを出てすぐの、できるだけ高温の排気ガスが供給される。したがって、触媒温度及びタンク水温を、排気ガスの熱により早期に上昇させていくことができる。
A reforming catalyst 1 and a water tank 2 are arranged on an exhaust gas passage 10 of an internal combustion engine E. As shown in FIG. More specifically, the exhaust gas passage 10 branches upstream of the reforming catalyst 1 into a reforming catalyst side exhaust gas passage 10A, a water tank side exhaust gas passage 10B, and a pre-reforming fuel supply passage 13. The quality catalyst 1 is arranged in the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A, and the water tank 2 is arranged in the water tank side exhaust gas passage 10B. The reforming catalyst 1 is provided with a heat exchange mechanism for receiving the heat of the exhaust gas, and the water tank 2 is provided with a temperature raising mechanism 2A utilizing the heat of the exhaust gas. Thereby, the heat of the exhaust gas on the exhaust gas passage 10 can be applied to the reforming catalyst 1 and the water tank 2 by heat exchange. The pre-reforming fuel supply passage 13 is a passage for supplying part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 10 to the reforming catalyst 1, and is also connected to a gasoline tank to supply gasoline fuel into the passage. Gasoline fuel can be supplied to the reforming catalyst along with the exhaust gas flowing in the passage.

The reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B join again on the downstream side of the reforming catalyst 1 to form one exhaust gas passage 10 again. An exhaust purification catalyst 11 for purifying the exhaust gas is provided in the exhaust gas passage 10 so as to be located downstream of the confluence point of the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B. . In this way, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are provided upstream of the exhaust purification catalyst 11, so that the exhaust gas temperature is relatively low as immediately after the internal combustion engine E is started, and the exhaust gas passes through the exhaust purification catalyst 11. Even in a situation where it is difficult to obtain the effect of increasing the temperature of the exhaust gas, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are supplied with the exhaust gas having the highest possible temperature immediately after leaving the internal combustion engine E. Therefore, the catalyst temperature and the tank water temperature can be quickly increased by the heat of the exhaust gas.

排気ガス通路10から水タンク側排気ガス通路10Bへの分岐部には、排気ガス流量調整バルブ12が設けられており、この排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度(スロットル開度)にしたがって、排気ガス通路10から改質触媒側排気ガス通路10Aと水タンク側排気ガス通路10Bへの排気ガスの流入量(流量割合)が変更されるようになっている。例えば本実施形態では、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度が全開であれば、排気ガス通路10を流通する排気ガスが改質触媒側排気ガス通路10A及び水タンク側排気ガス通路10Bを流れる一方で、バルブ開度が小さくなるにしたがって、水タンク側排気ガス通路10Bへの排気ガスの流入量が減少していくようになっている。なお、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度は、コントローラUにより制御される。 An exhaust gas flow rate adjustment valve 12 is provided at a branching portion from the exhaust gas passage 10 to the water tank side exhaust gas passage 10B. The inflow amount (flow ratio) of the exhaust gas from the exhaust gas passage 10 to the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B is changed. For example, in the present embodiment, when the valve opening of the exhaust gas flow control valve 12 is fully open, the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 10 flows through the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B. On the other hand, as the valve opening becomes smaller, the amount of exhaust gas flowing into the water tank side exhaust gas passage 10B decreases. A controller U controls the opening degree of the exhaust gas flow rate control valve 12 .

ここで、本実施例では、排気ガス流量調整バルブ12を水タンク側排気ガス通路10B上にのみ設けている。改質触媒1が排気ガスにとって抵抗にもなるため、水タンク側排気ガス通路10Bを改質触媒1よりも管路抵抗が小さくなるように構成しておくことで、水タンク側排気ガス通路10B上にのみ設けた排気ガス流量調整バルブ12の開度調整だけで、改質触媒側排気ガス通路10A及び水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流量をコントロールできるが、水タンク側排気ガス通路10Bを改質触媒1よりも管路抵抗の小さい通路にすることが難しい場合には、改質触媒側排気ガス通路10Aの改質触媒1よりも上流且つ、水タンク側排気ガス通路10Bが分岐した部分よりも下流側に追加の排気ガス流量調整バルブ(図示しない)を設けても良い。 Here, in this embodiment, the exhaust gas flow control valve 12 is provided only on the water tank side exhaust gas passage 10B. Since the reforming catalyst 1 also acts as a resistance to the exhaust gas, the water tank side exhaust gas passage 10B is configured so that the pipe line resistance is smaller than that of the reforming catalyst 1, thereby reducing the water tank side exhaust gas passage 10B. The exhaust gas flow rate of the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B can be controlled only by adjusting the opening degree of the exhaust gas flow rate adjusting valve 12 provided only on the upper side, but the water tank side exhaust gas passage 10B can be controlled. in the case where it is difficult to make a passage with a lower pipe resistance than the reforming catalyst 1, the water tank side exhaust gas passage 10B, which is upstream of the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B is branched. An additional exhaust gas flow control valve (not shown) may be provided downstream of the portion.

コントローラUは、マイクロコンピュータを利用して構成された制御装置(電子コントロールユニット:ECU)であり、処理手段(プログラム)として、触媒温度上昇速度推定手段21と、水タンク温度上昇速度推定手段22と、温度上昇速度比較手段23と、バルブ制御手段24を備えている。 The controller U is a control device (electronic control unit: ECU) configured using a microcomputer, and includes catalyst temperature rise rate estimation means 21 and water tank temperature rise rate estimation means 22 as processing means (programs). , temperature rise rate comparison means 23 and valve control means 24 .

触媒温度上昇速度推定手段21は、触媒温度センサ5により検出された改質触媒1の温度θcと、内燃機関Eを指導してから改質触媒1の温度を測定するまでの期間、または直前の改質触媒1の温度を測定した時期と今回の改質触媒1の温度を測定した時期との差分(以下に記述する所定の調整間隔t)とに基づいて、改質触媒1が、排気ガスの熱により暖められることにより、所定の目標温度(目標触媒温度)に到達するまでに要する時間(目標触媒温度到達達成時間Tc)を算出(推定)する。目標触媒温度としては、改質触媒1と水の化学反応に適切な温度(活性化温度)が設定される。(具体的には、例えば600℃が設定される)。また、目標触媒温度到達達成時間Tcの算出は、所定の調整間隔t(排気ガス流量調整バブル12が一定のスロットル開度を保った状態で連続運転が行なわれる一定時間幅)毎に繰り返され、更新されるようになっている。 The catalyst temperature rise rate estimating means 21 calculates the temperature θc of the reforming catalyst 1 detected by the catalyst temperature sensor 5 and the period from when the internal combustion engine E is instructed until the temperature of the reforming catalyst 1 is measured, or immediately before. Based on the difference (predetermined adjustment interval t described below) between the time when the temperature of the reforming catalyst 1 was measured and the time when the temperature of the reforming catalyst 1 was measured this time, the reforming catalyst 1 reduces the exhaust gas A time (target catalyst temperature reaching achievement time Tc) required to reach a predetermined target temperature (target catalyst temperature) by being warmed by the heat is calculated (estimated). As the target catalyst temperature, a temperature (activation temperature) appropriate for the chemical reaction between the reforming catalyst 1 and water is set. (Specifically, for example, 600° C. is set). Further, the calculation of the target catalyst temperature reaching achievement time Tc is repeated at each predetermined adjustment interval t (a constant time interval in which continuous operation is performed while the exhaust gas flow rate adjustment bubble 12 maintains a constant throttle opening), It is supposed to be updated.

水タンク温度上昇速度推定手段22は、水タンク温度センサ6により検出された水タンク2内の水の温度θwと、内燃機関Eを指導してから水タンク2の温度を測定するまでの期間、または直前の水タンク2の温度を測定した時期と今回の水タンク2の温度を測定した時期との差分(以下に記述する調整間隔t)とに基づいて、水タンク2が、排気ガスの熱により暖められることにより、所定の目標温度(目標水タンク温度)に到達するまでに要する時間(目標水タンク温度到達達成時間Tw)を算出(推定)する。目標水タンク温度としては、水タンク2内の水の少なくとも一部が解凍されて利用可能となる温度(例えば0℃)が設定される。また、目標水タンク温度到達達成時間Tcの算出は、目標触媒温度到達達成時間Tcの算出と同様に、調整間隔t毎に繰り返され、更新される。 The water tank temperature rise rate estimating means 22 measures the temperature θw of the water in the water tank 2 detected by the water tank temperature sensor 6, the period from when the internal combustion engine E is instructed until the temperature of the water tank 2 is measured, Alternatively, based on the difference between the time when the temperature of the water tank 2 was measured immediately before and the time when the temperature of the water tank 2 was measured this time (adjustment interval t described below), the water tank 2 detects the heat of the exhaust gas. A time (target water tank temperature attainment time Tw) required to reach a predetermined target temperature (target water tank temperature) by being warmed by is calculated (estimated). As the target water tank temperature, a temperature (for example, 0° C.) is set at which at least part of the water in the water tank 2 is thawed and available. Further, the calculation of the target water tank temperature attainment time Tc is repeated and updated at each adjustment interval t, similarly to the calculation of the target catalyst temperature attainment time Tc.

温度上昇速度比較手段23は、触媒温度上昇速度推定手段21により推定された目標触媒温度到達達成時間Tcと、水タンク温度上昇速度推定手段22により推定された目標水タンク温度到達達成時間Twを比較して、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが等しいか、或いは、いずれかが大きいかを判定する。 The temperature rise speed comparing means 23 compares the target catalyst temperature reaching time Tc estimated by the catalyst temperature rising speed estimating means 21 with the target water tank temperature reaching time Tw estimated by the water tank temperature rising speed estimating means 22. Then, it is determined whether the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are equal or whichever is greater.

バルブ制御手段24は、温度上昇速度比較手段23の比較結果に基づいて、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが等しくなるように(すなわち、改質触媒1と水タンク2が、同時に目標温度に到達するように)、または、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twとの差分が所定のターゲット時間Tt以下となるように、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度を調整する。 The valve control means 24 adjusts the target catalyst temperature reaching time Tc and the target water tank temperature reaching time Tw to be equal (that is, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 reach the target temperature at the same time), or the difference between the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw is equal to or less than a predetermined target time Tt. The valve opening degree of the valve 12 is adjusted.

具体的に、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが等しい場合には、その状態(車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ12の開度)が継続されれば、改質触媒1と水タンク2がほぼ同時に目標温度に達すると予測されるので、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度をその時点の開度に保ち、触媒温度と水タンク温度の上昇速度をそのまま維持する。 Specifically, when the target catalyst temperature reaching achievement time Tc and the target water tank temperature reaching achievement time Tw are equal, if the state (the operating state of the vehicle and the opening degree of the exhaust gas flow control valve 12) continues, Since the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are expected to reach their target temperatures almost at the same time, the valve opening of the exhaust gas flow control valve 12 is kept at the opening at that time, and the rate of increase of the catalyst temperature and the water tank temperature is controlled. keep as is.

一方、目標触媒温度到達達成時間Tcが目標水タンク温度到達達成時間Twよりも大きい場合には、その状態が継続されると、改質触媒1が目標温度に到達する時期が、水タンク2が目標温度に到達する時期に対して遅れてしまうと予測されるので、排気ガス流量調整バルブ12の開度を小さく変更することにより、改質触媒側排気ガス通路10Aの排気ガス流通量を増やし、水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流通量を減らす。これにより、改質触媒1の触媒温度の上昇速度が速められ、また水タンク2のタンク水温の上昇速度は遅くされるので、目標触媒温度到達達成時間Tcは短くなり、また目標水タンク温度到達達成時間Twは長くなる。この結果、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twは、互いに近づいていくように制御される。 On the other hand, when the target catalyst temperature reaching achievement time Tc is longer than the target water tank temperature reaching achievement time Tw, if this state continues, the timing at which the reforming catalyst 1 reaches the target temperature Since it is predicted that the timing of reaching the target temperature will be delayed, the amount of exhaust gas flowing through the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A is increased by decreasing the opening degree of the exhaust gas flow rate control valve 12. To reduce the amount of exhaust gas flowing through the water tank side exhaust gas passage 10B. As a result, the rate of increase of the catalyst temperature of the reforming catalyst 1 is accelerated, and the rate of increase of the tank water temperature of the water tank 2 is decreased. The achievement time Tw becomes longer. As a result, the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are controlled so as to approach each other.

逆に、目標水タンク温度到達達成時間Twよりも目標触媒温度到達達成時間Tcが大きい場合には、その状態が継続されると、水タンク2が目標温度に到達する時期が、改質触媒1が目標温度に到達する時期に対して遅れてしまうと予測されるので、排気ガス流量調整バルブ12の開度を大きく変更することにより、改質触媒側排気ガス通路10Aの排気ガス流通量を減らし、水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流通量を増やす。これにより、改質触媒1の触媒温度の上昇速度は遅くされ、また水タンク2のタンク水温の上昇速度は速められるので、目標触媒温度到達達成時間Tcは長くなり、また目標水タンク温度到達達成時間Twは短くなる。この結果、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twは互いに近づいていくように制御される。 Conversely, when the target catalyst temperature attainment time Tc is longer than the target water tank temperature attainment attainment time Tw, if this state continues, the timing at which the water tank 2 reaches the target temperature is expected to reach the target temperature later than the timing of reaching the target temperature. , to increase the amount of exhaust gas flowing through the water tank side exhaust gas passage 10B. As a result, the rate of increase in the catalyst temperature of the reforming catalyst 1 is slowed down, and the rate of increase in the tank water temperature of the water tank 2 is increased. The time Tw becomes shorter. As a result, the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are controlled so as to approach each other.

以上のように、本実施形態の燃料改質装置によれば、所定の調整間隔t毎に、その時点の状態(車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ12の開度)に基づく目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが算出され、算出された目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが互いに近づくように、排気ガス流量調整バルブ12の開度が調整されていく。すなわち、改質触媒側排気ガス通路10Aと水タンク側排気ガス通路10Bへの排気ガスの流量割合は、ドライバーのアクセル操作などによって常時変化する内燃機関Eの運転状態に対応して最適化が繰り返され、改質触媒1と水タンクが目標温度に到達するまで調整され続けていく。この結果、最終的に、改質触媒1と水タンク2は、ほぼ時間差なく目標温度に到達するように制御される。 As described above, according to the fuel reformer of the present embodiment, at each predetermined adjustment interval t, the target catalyst temperature The time Tc to reach the target water tank temperature and the time Tw to reach the target water tank temperature are calculated. degree is adjusted. That is, the flow rate ratio of the exhaust gas to the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B is repeatedly optimized in accordance with the operating state of the internal combustion engine E, which constantly changes according to the driver's accelerator operation. This is continued until the reforming catalyst 1 and the water tank reach the target temperature. As a result, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are finally controlled so as to reach the target temperatures almost without time difference.

このように、改質触媒1と水タンク2内の水は、最小限の時間差で化学反応(水素生成)のための適温となる(改質触媒1の暖機と水タンク2内の水の解凍がほぼ同時に完了する)ので、いずれか一方が適温となるのが遅れて、このタイムラグによって燃料改質装置の作動開始時期が遅れてしまうことが抑制される。よって、燃料改質装置は、達成し得る最短の時間で、適切な作動(水素生成)を開始することができる。 In this way, the reforming catalyst 1 and the water in the water tank 2 reach the proper temperature for the chemical reaction (hydrogen generation) with a minimum time difference (warming up the reforming catalyst 1 and the water in the water tank 2). Since the thawing is completed almost at the same time), it is possible to suppress the timing of starting the operation of the fuel reformer due to a delay in reaching the appropriate temperature in either one of them. Thus, the fuel reformer can begin proper operation (hydrogen production) in the shortest achievable time.

次に、図3及び図4のタイミングチャートにしたがって、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twの算出及びこれらの算出に基づく排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度の制御について、さらに詳しく説明する。 Next, according to the timing charts of FIGS. 3 and 4, the target catalyst temperature reaching time Tc and the target water tank temperature reaching time Tw are calculated, and the opening degree of the exhaust gas flow control valve 12 is controlled based on these calculations. will be described in more detail.

図3には、(エンジン始動から)最初の調整間隔tにおける改質触媒1及び水タンク2の温度変化及び目標温度到達達成時間の算出を示す。この最初の調整間隔tにおいて、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度(スロットル開度)は、そのときの気温に応じた所定値である初期開度Φ0に設定されている。これにより、初期開度Φ0によって決まる改質触媒側排気ガス通路10Aと水タンク側排気ガス通路10Bへの排気ガスの流量割合にしたがって、改質触媒1及び水タンク2が暖められ、各々の温度が上昇していく。 FIG. 3 shows the temperature change of the reforming catalyst 1 and the water tank 2 in the first adjustment interval t (from engine start) and the calculation of the target temperature reaching achievement time. At this first adjustment interval t, the opening degree (throttle opening degree) of the exhaust gas flow control valve 12 is set to the initial opening degree Φ0, which is a predetermined value corresponding to the temperature at that time. As a result, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are warmed according to the flow ratio of the exhaust gas to the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and the water tank side exhaust gas passage 10B, which is determined by the initial opening degree Φ0. is rising.

このようにして、最初の調整間隔tが経過すると、改質触媒1の温度はθc1に、水タンク2の水温はθw1に、それぞれ上昇し、これらの温度が、それぞれ触媒温度センサ5と水タンク温度センサ6により検出される。 In this way, when the first adjustment interval t elapses, the temperature of the reforming catalyst 1 rises to θc1, and the water temperature of the water tank 2 rises to θw1. It is detected by the temperature sensor 6 .

改質触媒温度上昇速度推定手段21は、改質触媒1の温度が調整間隔tの間に初期温度(例えば-20℃)から温度θc1まで上昇したことに基づいて、この状態(車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ12の開度)が今後も継続して、触媒温度が同じペース(傾き)で上昇していった場合に、触媒温度が目標温度(例えば600℃)に到達するまでに要する時間を算出し、この推定時間を、この時点における目標触媒温度到達達成時間Tc1とする。 The reforming catalyst temperature rise rate estimating means 21 detects this state (vehicle driving state and the degree of opening of the exhaust gas flow rate control valve 12) continues, and the catalyst temperature rises at the same pace (slope), the catalyst temperature reaches the target temperature (for example, 600° C.) The required time is calculated, and this estimated time is set as the target catalyst temperature attainment time Tc1 at this point.

同様に、水タンク温度上昇速度推定手段22は、水タンク2のタンク水温が調整間隔tで初期温度(例えば-20℃)から温度θw1まで上昇したことに基づいて、この状態が今後も継続して、タンク水温が同じペース(傾き)で上昇していった場合に、触媒温度が目標温度(例えば0℃)に到達するまでに要する時間を算出し、この推定時間を、この時点における目標水タンク温度到達達成時間Tw1とする
温度上昇速度比較手段23は、算出された目標触媒温度到達達成時間Tc1と目標水タンク温度到達達成時間Tw1を比較し、これらの大小関係を判定する。図3に示す例では、目標触媒温度到達達成時間Tc1の方が目標水タンク温度到達達成時間Tw1よりも大きくなっているので、現在の温度上昇ペースが継続されれば、水タンク2の方が先に目標温度に到達し、改質触媒1が目標温度に到達するのが遅れるとの判定がなされる。
Similarly, the water tank temperature rise rate estimating means 22 detects that the tank water temperature of the water tank 2 has risen from the initial temperature (for example, -20°C) to the temperature θw1 at the adjustment interval t. Then, when the tank water temperature rises at the same pace (slope), the time required for the catalyst temperature to reach the target temperature (for example, 0°C) is calculated, and this estimated time is used as the target water temperature at this point. The temperature rise speed comparison means 23 compares the calculated target catalyst temperature attainment time Tc1 with the target water tank temperature attainment time Tw1 to determine the magnitude relationship between them. In the example shown in FIG. 3, the target catalyst temperature attainment time Tc1 is longer than the target water tank temperature attainment time Tw1. It is determined that the target temperature is reached first and that the reforming catalyst 1 reaches the target temperature later.

バルブ制御手段24は、温度上昇速度比較手段23による比較結果に基づいて、排気ガス流量調整バルブ12のスロットル開度を変更する。図3に示す例では、目標触媒温度到達達成時間Tc1が目標水タンク温度到達達成時間Tw1よりも大きく、改質触媒1の温度上昇が遅れているため、改質触媒側排気ガス通路10Aを流通する排気ガス量を増やし、水タンク側排気ガス通路10Bを流通する排気ガス量を減らすように、スロットル開度を初期開度Φ0よりも小さな開度Φ1に変更する。 The valve control means 24 changes the throttle opening degree of the exhaust gas flow control valve 12 based on the comparison result by the temperature increase speed comparison means 23 . In the example shown in FIG. 3, the target catalyst temperature reaching achievement time Tc1 is longer than the target water tank temperature reaching achievement time Tw1, and the temperature rise of the reforming catalyst 1 is delayed. The throttle opening is changed to an opening Φ1 smaller than the initial opening Φ0 so as to increase the amount of exhaust gas flowing through the water tank side exhaust gas passage 10B and decrease the amount of exhaust gas flowing through the water tank side exhaust gas passage 10B.

図4には、変更されたスロットル開度Φ1で、次の調整間隔tが経過した様子を示す。図示されるように、改質触媒1と水タンク2は、前回の調整間隔とは異なる速度で暖められ、2回目の調整間隔tの経過後(合計で時間2t経過後)に、改質触媒1の温度はθc2に、水タンク2の水温はθw2に、それぞれ上昇し、これらの温度が触媒温度センサ5と水タンク温度センサ6により検出される。 FIG. 4 shows how the next adjustment interval t has elapsed with the changed throttle opening Φ1. As shown, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 are warmed at a rate different from the previous adjustment interval, and after the second adjustment interval t (after a total time of 2t), the reforming catalyst 1 rises to .theta.c2 and the water temperature of the water tank 2 rises to .theta.w2, and these temperatures are detected by the catalyst temperature sensor 5 and the water tank temperature sensor 6, respectively.

改質触媒温度上昇速度推定手段21は、今回の調整間隔tの間の触媒温度の上昇(θc1からθc2への上昇)に基づいて、この状態が継続した場合の目標触媒温度到達達成時間Tc2を算出する。また、水タンク温度上昇速度推定手段22は、タンク水温の上昇(θw1からθw2への上昇)に基づいて、この状態が継続した場合の目標水タンク温度到達達成時間Tw2を算出する。 The reforming catalyst temperature rise rate estimating means 21 calculates the target catalyst temperature reaching achievement time Tc2 when this state continues based on the catalyst temperature rise (from θc1 to θc2) during the current adjustment interval t. calculate. Further, the water tank temperature rise rate estimating means 22 calculates the target water tank temperature reaching achievement time Tw2 when this state continues, based on the increase in tank water temperature (increase from θw1 to θw2).

このように、調整間隔t毎に、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twが更新されていくことにより、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twの値は互いに近づいていく。例えば、今回のスロットル開度Φ1は、前回のスロットル開度Φ0よりも、改質触媒側排気ガス通路10Aの排気ガス流通量を増やし、水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流通量を減らすものに調整されたので、今回の目標触媒温度到達達成時間Tc2は、前回の目標触媒温度到達達成時間Tc1よりも短く、また今回の目標水タンク温度到達達成時間Tw2は、前回の目標水タンク温度到達達成時間Tw1よりも長くなり、この結果、目標触媒温度到達達成時間Tcと目標水タンク温度到達達成時間Twの値は互いに近づいていく(目標温度への到達時のタイムラグが小さくなっていく)。 In this manner, by updating the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw at each adjustment interval t, the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are updated. values approach each other. For example, the current throttle opening Φ1 increases the amount of exhaust gas flowing through the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A and reduces the amount of exhaust gas flowing through the water tank side exhaust gas passage 10B compared to the previous throttle opening Φ0. , the current target catalyst temperature reaching time Tc2 is shorter than the previous target catalyst temperature reaching time Tc1, and the current target water tank temperature reaching time Tw2 is shorter than the previous target water tank temperature reaching time Tw2. As a result, the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw become closer to each other (the time lag in reaching the target temperature becomes smaller).

なお、上記のように、最初の調整間隔tの経過時の更新により、目標触媒温度到達達成時間Tc2と目標水タンク温度到達達成時間Tw2は互いに近づいたが、図4に示されるように、目標触媒温度到達達成時間Tc2は、未だ目標水タンク温度到達達成時間Tw2よりも大きい状態にある。したがって、温度上昇速度比較手段23とバルブ制御手段24は、2回目の調整間隔tの経過時の更新で、さらに改質触媒1の温度上昇を早め、水タンク2の温度情報を遅らせるように、排気ガス流量調整バルブ12のスロットル開度をさらに大きくする制御を行うことになる。 As described above, the target catalyst temperature attainment time Tc2 and the target water tank temperature attainment time Tw2 have become closer to each other due to the update at the time when the first adjustment interval t has elapsed, but as shown in FIG. The catalyst temperature attainment time Tc2 is still longer than the target water tank temperature attainment time Tw2. Therefore, the temperature rise speed comparison means 23 and the valve control means 24 are updated when the second adjustment interval t elapses so that the temperature rise of the reforming catalyst 1 is further accelerated and the temperature information of the water tank 2 is delayed. Control is performed to further increase the throttle opening of the exhaust gas flow control valve 12 .

次に、図5のフローチャートにしたがって、本発明の燃料改質装置の制御手順の一例について説明する。制御においては、まずステップS1において、排気ガス流量調整バルブ12を、そのときの気温に応じた所定値である初期開度Φ0に設定する。 Next, an example of the control procedure of the fuel reformer of the present invention will be described according to the flowchart of FIG. In the control, first, in step S1, the exhaust gas flow control valve 12 is set to an initial opening degree Φ0, which is a predetermined value corresponding to the temperature at that time.

ステップS2においては、所定の調整間隔tの経過時における触媒温度の変化に基づいて、目標触媒温度達成時間Tcを算出する。また、ステップS3においては、所定の調整間隔tの経過時における水タンク温度の変化に基づいて、目標水タンク温度達成時間Twを算出する。 In step S2, the target catalyst temperature attainment time Tc is calculated based on the change in the catalyst temperature when the predetermined adjustment interval t has elapsed. Further, in step S3, the target water tank temperature attainment time Tw is calculated based on the change in the water tank temperature when the predetermined adjustment interval t has elapsed.

ステップS4においては、改質触媒1の温度(触媒温度)が目標触媒温度以上であるか否かの判定がなされ、触媒温度が目標触媒温度以上であれば、ステップS5に進む。ステップS5においては、水タンク2の温度(水タンク温度)が目標水タンク温度以上であるか否かの判定がなされ、水タンク温度が目標水タンク温度以上であれば、改質触媒1と水タンク2の両方が既に目標温度まで暖められたということであるので、ステップS6に進み、排気ガス流量調整バルブ12を全閉に(排気ガス通路10内の全流量が改質触媒側排気ガス通路10Aに流れるように)設定して、一巡の処理を終了する。 In step S4, it is determined whether or not the temperature of the reforming catalyst 1 (catalyst temperature) is equal to or higher than the target catalyst temperature, and if the catalyst temperature is equal to or higher than the target catalyst temperature, the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the temperature of the water tank 2 (water tank temperature) is equal to or higher than the target water tank temperature. Since both tanks 2 have already been warmed up to the target temperature, the process proceeds to step S6, and the exhaust gas flow rate adjustment valve 12 is fully closed (the entire flow rate in the exhaust gas passage 10 is reduced to the reforming catalyst side exhaust gas passage). 10A) to end the processing cycle.

一方、ステップS4において触媒温度が目標触媒温度以上でないと判定された場合と、ステップS5において水タンク温度が目標水タンク温度以上でないと判定された場合には、改質触媒1と水タンク2の少なくとも一方が目標温度に達していないということであるので、ステップS7以下の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S4 that the catalyst temperature is not equal to or higher than the target catalyst temperature, and if it is determined in step S5 that the water tank temperature is not equal to or higher than the target water tank temperature, the reforming catalyst 1 and the water tank 2 Since at least one of them has not reached the target temperature, the process proceeds to step S7 and subsequent steps.

ステップS7においては、目標触媒温度達成時間Tcと目標水タンク温度達成時間Twが等しいか否かの判定がなされ、目標触媒温度達成時間Tcと目標水タンク温度達成時間Twが等しい場合には、このままの状態を維持すれば改質触媒1と水タンク2がほぼ同時に目標温度に達すると推定されるので、ステップS8に進み、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度をそのまま維持してステップS2に戻り、ステップS2以下の処理を繰り返す。 In step S7, it is determined whether or not the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are equal. If this state is maintained, it is estimated that the reforming catalyst 1 and the water tank 2 will reach the target temperature almost at the same time. Returning, the processing from step S2 onward is repeated.

一方、ステップS7において目標触媒温度達成時間Tcと目標水タンク温度達成時間Twが等しくないと判定された場合には、ステップS9に進み、目標触媒温度達成時間Tcが目標水タンク温度達成時間Twよりも大きいか否かの判定がなされる。この判定で、目標触媒温度達成時間Tcが目標水タンク温度達成時間Twよりも大きい場合には、改質触媒1が目標触媒温度に達する時期が、水タンク2が目標水タンク温度に達する時期よりも遅れるということであるので、ステップS10に進んで、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度を現在のバルブ開度よりも小さく設定する。これにより、改質触媒側排気ガス通路10Aの排気ガス流量を増やし、水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流量を減らして(すなわち、触媒温度の上昇スピードを速め、タンク水温の上昇スピードを遅くして)、ステップS2に戻る。 On the other hand, if it is determined in step S7 that the target catalyst temperature attainment time Tc and the target water tank temperature attainment time Tw are not equal, the process proceeds to step S9, in which the target catalyst temperature attainment time Tc is set longer than the target water tank temperature attainment time Tw. is also greater. In this determination, if the target catalyst temperature attainment time Tc is longer than the target water tank temperature attainment time Tw, the time at which the reforming catalyst 1 reaches the target catalyst temperature is earlier than the time at which the water tank 2 reaches the target water tank temperature. Therefore, the flow advances to step S10 to set the valve opening of the exhaust gas flow control valve 12 to be smaller than the current valve opening. As a result, the exhaust gas flow rate in the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A is increased, and the exhaust gas flow rate in the water tank side exhaust gas passage 10B is decreased (that is, the catalyst temperature rise speed is increased and the tank water temperature rise speed is slowed down). ) and returns to step S2.

ステップS9において目標触媒温度達成時間Tcが目標水タンク温度達成時間Twよりも大きくないと判定された場合には、水タンク2が目標水タンク温度に達する時期が、改質触媒1が目標触媒温度に達する時期よりも遅れるということであるので、ステップS11に進んで、排気ガス流量調整バルブ12のバルブ開度を現在のバルブ開度よりも大きく設定する。これにより、水タンク側排気ガス通路10Bの排気ガス流量を増やし、改質触媒側排気ガス通路10Aの排気ガス流量を減らして(すなわち、水タンク温度の上昇スピードを速めて(触媒温度の上昇スピードを遅くして)、ステップS2に戻る。 When it is determined in step S9 that the target catalyst temperature attainment time Tc is not longer than the target water tank temperature attainment time Tw, the time when the water tank 2 reaches the target water tank temperature is the time when the reforming catalyst 1 reaches the target catalyst temperature. Therefore, the process proceeds to step S11 to set the valve opening of the exhaust gas flow control valve 12 larger than the current valve opening. As a result, the exhaust gas flow rate in the water tank side exhaust gas passage 10B is increased, and the exhaust gas flow rate in the reforming catalyst side exhaust gas passage 10A is decreased (that is, the water tank temperature rise speed is increased (catalyst temperature rise speed is slowed down) and the process returns to step S2.

このように、触媒温度及び水タンク温度が目標温度に達するまで、ステップS5からステップS7に向かう処理が繰り返されることにより、排気バス流量調整バルブ12のバルブ開度が、その時点の状況(車両の運転状態)に合わせて徐々に調整され、最終的に、改質触媒1と水タンク2がほぼ同時に目標温度に達するような制御が実行される。 In this manner, the process from step S5 to step S7 is repeated until the catalyst temperature and the water tank temperature reach the target temperatures, so that the valve opening of the exhaust bus flow control valve 12 changes to the current situation (vehicle operating conditions), and finally control is executed such that the reforming catalyst 1 and the water tank 2 reach the target temperatures almost simultaneously.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、目標水タンク温度を、水タンク内の水が解凍する0℃とする例を示したが、環境温度から水タンクの氷結が予測される場合には、水タンク内の温度を、より高温に保つような制御を行ってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims. For example, in the above embodiment, the target water tank temperature is set to 0° C. where the water in the water tank is thawed. The temperature may be controlled to keep it higher.

本発明は、自動車等の車両に備えられる燃料改質装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a fuel reformer installed in a vehicle such as an automobile.

E 内燃機関
U コントローラ
1 改質触媒
2 水タンク
2A 昇温機構
3 改質ガス供給通路
4 燃料タンク
5 触媒温度センサ
6 水タンク温度センサ
7 吸気ポート
8 改質ガス供給量調整弁
10 排気ガス通路
10A 改質触媒側排気ガス通路
10B 水タンク側排気ガス通路
11 排気浄化触媒
12 排気ガス流量調整バルブ
13 改質前燃料供給通路
21 触媒温度上昇速度推定手段
22 水タンク温度上昇速度推定手段
23 温度上昇速度比較手段
24 バルブ制御手段
E Internal combustion engine U Controller 1 Reforming catalyst 2 Water tank 2A Temperature raising mechanism 3 Reformed gas supply passage 4 Fuel tank 5 Catalyst temperature sensor 6 Water tank temperature sensor 7 Intake port 8 Reformed gas supply amount adjustment valve 10 Exhaust gas passage 10A Reforming catalyst side exhaust gas passage 10B Water tank side exhaust gas passage 11 Exhaust purification catalyst 12 Exhaust gas flow rate adjustment valve 13 Pre-reforming fuel supply passage 21 Catalyst temperature rise speed estimation means 22 Water tank temperature rise speed estimation means 23 Temperature rise speed Comparison means 24 Valve control means

Claims (3)

内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、
前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと
を備えた燃料改質装置を制御する燃料改質装置の制御方法において、
前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得ステップと、
前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得ステップと、
前記改質触媒温度取得ステップで取得した改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定ステップと、
前記水タンク温度取得ステップで取得した水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定ステップと、
前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較ステップと、
前記温度上昇速度比較ステップでの比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御ステップと
を備えた燃料改質装置の制御方法。
a reforming catalyst for promoting the steam reforming reaction of the fuel supplied to the internal combustion engine;
a water tank containing water to be supplied to the reforming catalyst;
a reforming catalyst side exhaust gas passage through which the exhaust gas from the internal combustion engine flows to the reforming catalyst side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the reforming catalyst;
a water tank side exhaust gas passage for flowing the exhaust gas from the internal combustion engine to the water tank side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the water tank;
controlling a fuel reforming device provided with an exhaust gas flow control valve for adjusting the flow rate of exhaust gas from the internal combustion engine to the reforming catalyst side exhaust gas passage and the flow rate to the water tank side exhaust gas passage; In a method for controlling a fuel reformer,
a reforming catalyst temperature acquiring step of acquiring the temperature of the reforming catalyst;
a water tank temperature obtaining step of obtaining the temperature of the water tank;
When the temperature of the reforming catalyst obtained in the reforming catalyst temperature obtaining step is lower than a preset target catalyst temperature, the target catalyst temperature required for the temperature of the reforming catalyst to reach the target catalyst temperature is achieved. a catalyst temperature rise rate estimation step for estimating time;
When the temperature of the water tank obtained in the water tank temperature obtaining step is lower than a preset target water tank temperature, the target water tank temperature required for the temperature of the water tank to reach the target water tank temperature is achieved. a water tank temperature rise rate estimation step of estimating time;
a temperature rise speed comparison step of comparing the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time;
a valve control step of controlling the exhaust gas flow control valve so that the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time approach each other based on the comparison result of the temperature rise speed comparison step; A control method for a fuel reformer.
内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、
前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと、
前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得手段と、
前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得手段と、
前記改質触媒温度取得手段により取得された改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定手段と、
前記水タンク温度取得手段により取得された水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定手段と、
前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較手段と、
前記温度上昇速度比較手段による比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御手段と
を備えた燃料改質装置。
a reforming catalyst for promoting the steam reforming reaction of the fuel supplied to the internal combustion engine;
a water tank containing water to be supplied to the reforming catalyst;
a reforming catalyst side exhaust gas passage through which the exhaust gas from the internal combustion engine flows to the reforming catalyst side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the reforming catalyst;
a water tank side exhaust gas passage for flowing the exhaust gas from the internal combustion engine to the water tank side so that the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine is given to the water tank;
an exhaust gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of exhaust gas from the internal combustion engine to the reforming catalyst side exhaust gas passage and a flow rate to the water tank side exhaust gas passage;
a reforming catalyst temperature acquiring means for acquiring the temperature of the reforming catalyst;
a water tank temperature acquiring means for acquiring the temperature of the water tank;
A target catalyst temperature required for the temperature of the reforming catalyst to reach the target catalyst temperature when the temperature of the reforming catalyst obtained by the reforming catalyst temperature obtaining means is lower than a preset target catalyst temperature. a catalyst temperature rise rate estimating means for estimating the achievement time;
A target water tank temperature required for the temperature of the water tank to reach the target water tank temperature when the temperature of the water tank obtained by the water tank temperature obtaining means is lower than a preset target water tank temperature. a water tank temperature rise rate estimating means for estimating the achievement time;
a temperature rise rate comparing means for comparing the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time;
valve control means for controlling the exhaust gas flow control valve so that the target catalyst temperature attainment time and the target water tank temperature attainment time approach each other based on the comparison result by the temperature rise rate comparison means. reformer.
請求項2に記載の燃料改質装置において、
前記改質触媒側排気ガス通路と前記水タンク用排気ガス通路は、前記内燃機関の排気ガス通路の一部を構成するように並列に設けられており、
前記改質触媒よりも下流に位置するように前記排気ガス通路上に配置された排気浄化触媒を備え、
前記水タンク用排気ガス通路は、前記改質触媒よりも上流において前記改質触媒側排気ガス通路と分岐するとともに、前記改質触媒の下流かつ前記排気浄化触媒の上流において前記改質触媒側排気ガス通路と合流するようになっている燃料改質装置。
In the fuel reformer of claim 2,
The reforming catalyst side exhaust gas passage and the water tank exhaust gas passage are provided in parallel so as to constitute a part of the exhaust gas passage of the internal combustion engine,
an exhaust purification catalyst disposed on the exhaust gas passage so as to be located downstream of the reforming catalyst;
The water tank exhaust gas passage branches off from the reforming catalyst side exhaust gas passage upstream of the reforming catalyst, and the reforming catalyst side exhaust gas is downstream of the reforming catalyst and upstream of the exhaust purification catalyst. A fuel reformer adapted to merge with the gas passages.
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