JP7435315B2 - Engine fuel reforming system - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路に燃料改質触媒が備えられた燃料改質システムに関する。 The present invention relates to a fuel reforming system in which a fuel reforming catalyst is provided in an EGR passage connecting an intake passage and an exhaust passage of an engine.
上記のような燃料改質システムが適用されたエンジンとして、下記特許文献1のエンジンが知られている。具体的に、この特許文献1のエンジンは、吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路と、EGR通路に改質用の燃料を噴射する燃料噴射弁(改質燃料用燃料噴射弁)と、EGR通路における当該燃料噴射弁よりも下流側の位置に設けられた燃料改質触媒とを備えている。燃料改質触媒は、例えばロジウム系の触媒金属を含み、高温下で炭化水素燃料を改質して水素を生成する機能を有している。 As an engine to which the above-described fuel reforming system is applied, the engine disclosed in Patent Document 1 below is known. Specifically, the engine of Patent Document 1 includes an EGR passage that connects an intake passage and an exhaust passage, a fuel injection valve (reformed fuel fuel injection valve) that injects reforming fuel into the EGR passage, The fuel reforming catalyst is provided at a position downstream of the fuel injection valve in the EGR passage. The fuel reforming catalyst contains, for example, a rhodium-based catalytic metal, and has the function of reforming hydrocarbon fuel at high temperatures to generate hydrogen.
上記特許文献1では、EGR通路に噴射された燃料が高温のEGRガスとともに燃料改質触媒に導入されることにより、燃料が改質されて水素が生成される。水素は燃焼速度が速いので、このような水素を含む改質後の燃料がエンジン本体(気筒)に供給されることにより、EGR率(吸気中に含まれるEGRガスの割合)が高い条件下でも安定した燃焼が実現されるとされている。このため、上記特許文献1では、燃焼安定性を確保しつつ、EGR率を可及的に高めて燃費性能を改善する効果が得られるものと期待される。 In Patent Document 1, fuel injected into an EGR passage is introduced into a fuel reforming catalyst together with high-temperature EGR gas, whereby the fuel is reformed and hydrogen is generated. Hydrogen has a fast combustion speed, so by supplying reformed fuel containing hydrogen to the engine body (cylinder), even under conditions where the EGR rate (the proportion of EGR gas contained in the intake air) is high. It is said to achieve stable combustion. Therefore, Patent Document 1 is expected to be effective in improving fuel efficiency by increasing the EGR rate as much as possible while ensuring combustion stability.
しかしながら、上記特許文献1では、EGR率を調整する手段として、EGR通路を開閉するEGR弁(排気還流制御弁)が設けられているに過ぎない。このため、例えば排気通路と吸気通路との圧力差が小さい運転条件(例えば高負荷条件)では、たとえEGR弁を全開位置まで開いても十分な量のEGRガスを確保することができず、所期の燃費改善効果が得られない可能性があった。 However, in Patent Document 1, an EGR valve (exhaust gas recirculation control valve) that opens and closes an EGR passage is simply provided as a means for adjusting the EGR rate. For this reason, for example, under operating conditions where the pressure difference between the exhaust passage and the intake passage is small (for example, high load conditions), even if the EGR valve is opened to the fully open position, a sufficient amount of EGR gas cannot be secured, and the There was a possibility that the fuel efficiency improvement effect of the previous period would not be achieved.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料の改質のために燃料改質触媒に導入されるEGRガスの量を精度よく調整することが可能なエンジンの燃料改質システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an engine fuel reformer that can accurately adjust the amount of EGR gas introduced into a fuel reforming catalyst for fuel reforming. The purpose is to provide a quality system.
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される燃料改質システムであって、前記吸気通路と前記排気通路とを接続するEGR通路と、前記EGR通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、前記EGR通路における前記改質用インジェクタの下流側に設けられ、前記改質用インジェクタから噴射された燃料を改質可能な燃料改質触媒と、前記排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気ガスのエネルギーにより発電可能な発電タービンと、前記EGR通路に設けられ、前記発電タービンにより発電された電力により駆動可能な送気コンプレッサと、前記改質用インジェクタ、前記発電タービン、および前記送気コンプレッサを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記改質用インジェクタに燃料を噴射させる改質制御の実行中に、前記EGR通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に還流される排気ガスであるEGRガスの流量が不足するEGR不足の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を増大させかつ前記発電タービンの発電量を増大させるEGR促進制御を実行する、ことを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides an engine including an engine body, an intake passage through which intake air introduced into the engine body flows, and an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body flows. A fuel reforming system applied to a fuel reforming system, comprising: an EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage; a reforming injector capable of injecting fuel into the EGR passage; and a reforming injector in the EGR passage. A fuel reforming catalyst is provided on the downstream side of the injector and is capable of reforming the fuel injected from the reforming injector, and a fuel reforming catalyst is provided in the exhaust passage and is capable of generating electricity from the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage. A power generation turbine, an air supply compressor that is provided in the EGR passage and can be driven by the electric power generated by the power generation turbine, and a controller that controls the reforming injector, the power generation turbine, and the air supply compressor. , the controller controls an EGR system in which the flow rate of EGR gas, which is exhaust gas recirculated from the exhaust passage to the intake passage through the EGR passage, is insufficient during execution of reforming control for injecting fuel into the reforming injector. If the occurrence of a shortage is confirmed, EGR promotion control is executed to increase the rotational speed of the air supply compressor and increase the amount of power generated by the power generation turbine (Claim 1). .
本発明によれば、EGR通路に燃料改質触媒および送気コンプレッサが設けられるとともに、改質用インジェクタからEGR通路に噴射された燃料を燃料改質触媒に導入可能であるため、送気コンプレッサの回転制御によってEGR通路への排気ガスの吸い込み力を調整することができ、燃料改質触媒に燃料とともに導入されるEGRガスの流量を、運転条件に応じた適切な値に調整することができる。また、排気通路に発電タービンが設けられるので、送気コンプレッサで消費される電力の少なくとも一部を、排気ガスのエネルギーを利用した発電電力により賄うことができる。このことは、燃料改質触媒での吸熱反応による燃料改質の効果(燃焼性の改善)と相俟って、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高めるので、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。 According to the present invention, the EGR passage is provided with the fuel reforming catalyst and the air supply compressor, and the fuel injected from the reforming injector into the EGR passage can be introduced into the fuel reforming catalyst. The suction force of exhaust gas into the EGR passage can be adjusted by controlling the rotation, and the flow rate of EGR gas introduced into the fuel reforming catalyst together with fuel can be adjusted to an appropriate value depending on the operating conditions. Furthermore, since the power generating turbine is provided in the exhaust passage, at least a portion of the power consumed by the air supply compressor can be covered by the power generated using the energy of the exhaust gas. This, together with the fuel reforming effect (improving combustibility) due to the endothermic reaction in the fuel reforming catalyst, increases the efficiency of exhaust heat recovery that returns the exhaust heat from the engine to output. can sufficiently improve fuel efficiency.
また、前記のように燃料改質触媒に燃料を導入する制御(改質制御)の実行中に、EGRガスの流量が不足するEGR不足が発生した場合には、送気コンプレッサの回転数を増大させかつ発電タービンの発電量を増大させるEGR促進制御が実行されるので、EGR不足を速やかに解消して燃料改質のための適切なEGRガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサの回転数の増大によりEGR通路への排気ガスの吸い込み力が増大し、かつ発電タービンの発電量の増大により排気通路内の排気ガスの流通抵抗が増大するので、これら2つの作用が排気通路からEGR通路への排気ガスの分流を促進し、これによってEGR不足が速やかに解消される。このように、本発明では、EGR不足に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒に導入されるEGRガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。 In addition, if an EGR shortage occurs in which the flow rate of EGR gas is insufficient during the execution of the control (reforming control) for introducing fuel into the fuel reforming catalyst as described above, the rotation speed of the air supply compressor is increased. Since the EGR promotion control is executed to increase the amount of power generated by the power generation turbine, the EGR shortage can be promptly resolved and an appropriate amount of EGR gas for fuel reformation can be secured. In other words, an increase in the rotational speed of the air supply compressor increases the suction force of exhaust gas into the EGR passage, and an increase in the amount of power generated by the power generation turbine increases the flow resistance of exhaust gas in the exhaust passage. The action promotes the diversion of exhaust gas from the exhaust passage to the EGR passage, thereby quickly resolving the EGR shortage. As described above, in the present invention, even if an EGR shortage occurs, it can be quickly resolved, so the flow rate of EGR gas introduced into the fuel reforming catalyst can be adjusted with high precision, and good fuel consumption can be achieved based on the adjustment. It is possible to obtain the modification performance of
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記EGRガスの割合であるEGR率の目標値を目標EGR率、EGR率の実際値を実EGR率、目標EGR率から実EGR率を減じた値を不足EGR率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記不足EGR率を逐次算出するとともに、算出した当該不足EGR率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記EGR促進制御を実行することが好ましい(請求項2)。 The target value of the EGR rate, which is the ratio of the EGR gas to the intake air introduced into the engine body, is the target EGR rate, the actual value of the EGR rate is the actual EGR rate, and the value obtained by subtracting the actual EGR rate from the target EGR rate is the insufficient EGR. The controller sequentially calculates the insufficient EGR rate during execution of the reforming control, and when it is confirmed that the calculated insufficient EGR rate is larger than a predetermined threshold value, the controller calculates the EGR It is preferable to perform accelerated control (Claim 2).
この構成によれば、目標EGR率と実EGR率との比較に基づきEGR不足の有無を適切に判断することができる。 According to this configuration, it is possible to appropriately determine whether there is a shortage of EGR based on the comparison between the target EGR rate and the actual EGR rate.
前記構成において、より好ましくは、前記コントローラは、前記不足EGR率が前記閾値に対し大きいほど前記送気コンプレッサの回転数が大きく増大するように、前記送気コンプレッサの回転数を前記不足EGR率に基づきフィードバック制御する(請求項3)。 In the configuration, more preferably, the controller adjusts the rotational speed of the air compressor to the insufficient EGR rate such that the larger the insufficient EGR rate is with respect to the threshold value, the larger the rotational speed of the air compressor increases. Based on the feedback control (Claim 3).
この構成によれば、不足EGR率の変化に応じた適切な送気コンプレッサの回転数制御によりEGR不足を速やかに解消することができる。 According to this configuration, the EGR shortage can be quickly resolved by appropriately controlling the rotation speed of the air supply compressor according to changes in the EGR shortage rate.
好ましくは、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に、前記EGRガスの流量が過剰になるEGR過剰の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を低下させかつ前記発電タービンの発電量を低下させるEGR抑制制御を実行する(請求項4)。 Preferably, the controller lowers the rotational speed of the air supply compressor and lowers the rotation speed of the power generation turbine, when occurrence of excess EGR in which the flow rate of the EGR gas becomes excessive is confirmed during execution of the reforming control. EGR suppression control is executed to reduce the amount of power generation (claim 4).
この構成によれば、EGRガスの流量が過剰になるEGR過剰の発生時に、送気コンプレッサの回転数および発電タービンの発電量がともに低下するので、EGR過剰を速やかに解消して燃料改質のための適切なEGRガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサの回転数の低下によりEGR通路への排気ガスの吸い込み力が低下し、かつ発電タービンの発電量の低下により排気通路内の排気ガスの流通抵抗が低下するので、これら2つの作用が排気通路からEGR通路への排気ガスの分流を抑制し、これによってEGR過剰が速やかに解消される。このように、前記構成では、EGR過剰に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒に導入されるEGRガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。 According to this configuration, when excess EGR occurs, in which the flow rate of EGR gas is excessive, both the rotational speed of the air compressor and the amount of power generated by the power generation turbine decrease, so the excess EGR can be promptly resolved and fuel reforming can be performed. An appropriate amount of EGR gas can be secured for this purpose. In other words, the reduction in the rotational speed of the air compressor reduces the suction force of exhaust gas into the EGR passage, and the reduction in the amount of power generated by the power generation turbine reduces the flow resistance of exhaust gas in the exhaust passage. The action suppresses the branching of exhaust gas from the exhaust passage to the EGR passage, thereby quickly eliminating excess EGR. In this way, with the above configuration, even if excessive EGR occurs, it can be quickly resolved, so the flow rate of EGR gas introduced into the fuel reforming catalyst can be adjusted with high precision, and good fuel consumption can be achieved based on the adjustment. It is possible to obtain the modification performance of
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記EGRガスの割合であるEGR率の目標値を目標EGR率、EGR率の実際値を実EGR率、実EGR率から目標EGR率を減じた値を過剰EGR率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記過剰EGR率を逐次算出するとともに、算出した当該過剰EGR率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記EGR抑制制御を実行することが好ましい(請求項5)。 The target value of the EGR rate, which is the ratio of the EGR gas to the intake air introduced into the engine body, is the target EGR rate, the actual value of the EGR rate is the actual EGR rate, and the value obtained by subtracting the target EGR rate from the actual EGR rate is the excessive EGR. The controller sequentially calculates the excess EGR rate during execution of the reforming control, and when it is confirmed that the calculated excess EGR rate is larger than a predetermined threshold value, the controller calculates the excess EGR rate. It is preferable to execute inhibitory control (claim 5).
この構成によれば、目標EGR率と実EGR率との比較に基づきEGR過剰の有無を適切に判断することができる。 According to this configuration, it is possible to appropriately determine whether there is excessive EGR based on the comparison between the target EGR rate and the actual EGR rate.
前記構成において、より好ましくは、前記コントローラは、前記過剰EGR率が前記閾値に対し大きいほど前記発電タービンの発電量が大きく低下するように、前記発電タービンの発電量を前記過剰EGR率に基づきフィードバック制御する(請求項6)。 In the configuration, more preferably, the controller feeds back the power generation amount of the power generation turbine based on the excess EGR rate so that the power generation amount of the power generation turbine decreases more as the excess EGR rate is larger than the threshold value. control (Claim 6).
この構成によれば、過剰EGR率の変化に応じた適切な発電タービンの発電制御によりEGR過剰を速やかに解消することができる。また、EGR過剰が起きている状況では、それ以前に多くの排気ガスが流れているはずであり、発電タービンで十分な発電が行われていた可能性が高い。これに対し、前記構成では、EGR率の過剰程度に応じたフィードバック制御により速やかに発電量が減らされるので、無用な発電を回避しつつEGR過剰を早期に解消することができる。 According to this configuration, excess EGR can be promptly resolved by appropriate power generation control of the power generation turbine in accordance with changes in the excess EGR rate. Furthermore, in a situation where excessive EGR occurs, a large amount of exhaust gas must have flowed before that, and it is highly likely that sufficient power was being generated by the power generation turbine. On the other hand, in the above configuration, the amount of power generation is quickly reduced by feedback control according to the degree of excess EGR rate, so that excess EGR can be quickly resolved while avoiding unnecessary power generation.
以上説明したように、本発明のエンジンの燃料改質システムによれば、燃料の改質のために燃料改質触媒に導入されるEGRガスの量を精度よく調整することができる。 As described above, according to the engine fuel reforming system of the present invention, the amount of EGR gas introduced into the fuel reforming catalyst for reforming fuel can be adjusted with high precision.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる燃料改質システムが適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリンエンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路10と、エンジン本体1から排出された排気ガス(既燃ガス)が流通する排気通路20と、吸気通路10と排気通路20とを接続するEGR通路30とを備えている。
(1) Overall configuration of engine FIG. 1 is a plan view schematically showing the overall configuration of an engine to which a fuel reforming system according to an embodiment of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a four-cycle gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for driving, and includes an engine body 1, an
エンジン本体1は、列状に並ぶ複数の(ここでは4つの)気筒2を含む直列多気筒型のものである。各気筒2には、図略のピストンが往復動可能に収容されている。
The engine body 1 is of an in-line multi-cylinder type including a plurality of (here, four)
エンジン本体1の各気筒2には、直噴インジェクタ3、点火プラグ4、吸気弁5、および排気弁6がそれぞれ設けられている。直噴インジェクタ3は、ガソリンを含有する燃料を気筒2に噴射する噴射弁である。点火プラグ4は、燃料と空気とが混合した混合気に点火するプラグである。吸気弁5は、吸気通路10(後述する各独立吸気管11)と気筒2とを連通する図略の吸気ポートを開閉するバルブである。排気弁6は、排気通路20(後述する各独立排気管21)と気筒2とを連通する図略の排気ポートを開閉するバルブである。
Each
直噴インジェクタ3から気筒2に供給された燃料は、気筒2の内部におけるピストンの上側に画成された燃焼室において空気と混合されて混合気を形成する。当該混合気は点火プラグ4による点火を受けて燃焼し、当該燃焼による膨張力を受けて上記ピストンが往復動する。ピストンの往復動は、図略のクランク機構を介してエンジン本体1の出力軸(クランク軸)に伝達され、当該出力軸を回転させる。エンジン本体1には、当該出力軸の回転角(クランク角)および回転数(エンジン回転数)を検出するクランク角センサSN1が設けられている。なお、当実施形態では、直噴インジェクタ3から供給される燃料に加えて(もしくはこれに代えて)、後述する改質用インジェクタ32からEGR通路30を通じて供給される燃料を気筒2で燃焼させることも可能である(詳しくは後述する)。
The fuel supplied from the
吸気通路10は、エンジン本体1の一側面に接続された複数(ここでは4つ)の独立吸気管11と、各独立吸気管11の上流側(エンジン本体1から遠い側)の端部が共通に接続されたサージタンク12と、サージタンク12から上流側に延びる単管状の共通吸気管13とを有している。各独立吸気管11は、上記吸気ポートを介して各気筒2に連通するようにエンジン本体1に接続されている。
The
共通吸気管13の途中部には、吸気流量を調整するためのスロットル弁15が開閉可能に設けられている。また、共通吸気管13におけるスロットル弁15の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサSN2が設けられている。エアフローセンサSN2は、EGRガスが混入する前の吸気(つまり新気)の流量を検出し得るように、スロットル弁15の下流側かつEGR通路30の出口よりも上流側の位置に設けられている。
A
排気通路20は、エンジン本体1の他側面に接続された複数(ここでは4つ)の独立排気管21と、各独立排気管21の下流側(エンジン本体1から遠い側)の端部が集合した集合部22と、集合部22から下流側に延びる単管状の共通排気管23とを有している。各独立排気管21は、上記排気ポートを介して各気筒2に連通するようにエンジン本体1に接続されている。
The
共通排気管23には、その内部を流通する排気ガスのエネルギーにより発電を行う発電タービン25が設けられている。発電タービン25は、共通排気管23の途中部に介設されたタービンケース26と、タービンケース26の内部に配置されたタービンインペラ27と、タービンインペラ27と連結軸27aを介して連結された発電機28とを有している。タービンインペラ27は、タービンケース26を通過する排気ガスのエネルギーを受けて回転するインペラである。発電機28は、タービンインペラ27と連動して回転するロータコイルを内蔵しており、当該ロータコイルの回転に伴う電磁誘導により発電を行う。
The
発電機28は、バッテリ40と電気的に接続されている。バッテリ40は、発電機28で発電された電力を蓄えるとともに、バッテリ40に接続された各種電気機器(例えば後述するモータ38)に電力を供給することが可能である。バッテリ40には、バッテリ40の端子間電圧および入出力電流を検出するバッテリセンサSN4が設けられている。
EGR通路30は、共通排気管23におけるタービンケース26よりも上流側の位置と、共通吸気管13におけるスロットル弁15よりも下流側の位置とを互いに連結するように設けられている。EGR通路30には、EGR弁31、改質用インジェクタ32、燃料改質触媒33、および送気コンプレッサ35が上流側(排気通路20に近い側)からこの順に並ぶように配設されている。
The
EGR弁31は、EGR通路30を通じて排気通路20から吸気通路10に還流される排気ガスであるEGRガスの流量を調整するために開閉可能に設けられたバルブである。
The
改質用インジェクタ32は、上述した直噴インジェクタ3が噴射する燃料と同じ燃料、つまりガソリンを含有する燃料を噴射する噴射弁である。改質用インジェクタ32からEGR通路30に噴射された燃料は、EGRガスとともに燃料改質触媒33に導入される。
The reforming
燃料改質触媒33は、例えばハニカム構造を有する多孔質の担体(モノリス担体)と、当該担体の表面にコーティングされた触媒物質とを有している。触媒物質は、例えばロジウム系の触媒金属を含み、所定の活性温度(例えば約500℃)を超える高温下で燃料を改質する機能を有している。具体的に、触媒物質は、改質用インジェクタ32から高温のEGRガスとともに供給されるガソリン含有燃料(炭化水素燃料)を吸熱反応により改質し、一酸化炭素(CO)および水素(H2)を含む成分を生成する。これらの成分(一酸化炭素および水素)を含む改質後の燃料は、改質前の燃料(炭化水素燃料)に比べて、燃焼速度が速く、かつ単位質量あたりの熱発生量が多くなる。このことは、同一の出力トルクを発生させるのに必要な燃料の総量を少なくする効果をもたらす。しかも、このような効果につながる改質反応が、EGRガス(排気ガス)の熱を利用して実現されるので、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収が行われたのと同様の効果が得られ、エンジンの燃費性能が向上する。
The
燃料改質触媒33には、当該触媒33の入口部の温度を検出する触媒温度センサSN3が取り付けられている。
A catalyst temperature sensor SN3 is attached to the
送気コンプレッサ35は、EGR通路30における燃料改質触媒33の下流側に設けられたコンプレッサケース36と、コンプレッサケース36の内部に配置されたコンプレッサインペラ37と、コンプレッサインペラ37と連結軸37aを介して連結されたモータ38とを有している。モータ38は、バッテリ40と電気的に接続され、バッテリ40からの電力の供給を受けて作動する。コンプレッサインペラ37は、モータ38により回転駆動されるインペラであり、EGR通路30を流通するEGRガスを圧縮しつつ下流側(吸気通路10側)に送り出すことが可能である。
The
(2)制御系統
図2は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるECU50は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。なお、ECU50は、本発明における「コントローラ」に相当する。
(2) Control System FIG. 2 is a block diagram showing the control system of the engine of this embodiment. The
ECU50には、各種センサによる検出情報が入力される。例えば、ECU50は、上述したクランク角センサSN1、エアフローセンサSN2、触媒温度センサSN3、およびバッテリセンサSN4と電気的に接続されており、これらのセンサにより検出された情報(つまりクランク角、エンジン回転数、吸気流量、触媒入口温度、バッテリの電圧/電流等の情報)がECU50に逐次入力されるようになっている。
Detection information from various sensors is input to the
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセルセンサSN5が設けられており、当該アクセルセンサSN5による検出信号もECU50に逐次入力される。
Furthermore, the vehicle is provided with an accelerator sensor SN5 that detects the opening degree of the accelerator pedal operated by the driver driving the vehicle (accelerator opening degree), and the detection signal from the accelerator sensor SN5 is also sequentially input to the
ECU50は、上記各センサSN1~SN5からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ECU50は、直噴インジェクタ3、点火プラグ4、スロットル弁15、発電タービン25の発電機28、EGR弁31、改質用インジェクタ32、および送気コンプレッサ35のモータ38等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
The
(3)改質制御
次に、改質用インジェクタ32から燃料を噴射して当該燃料を燃料改質触媒33において改質する制御(以下、これを改質制御という)の詳細について、図3~図5のフローチャートを参照しつつ説明する。
(3) Reforming control Next, the details of the control for injecting fuel from the reforming
図3に示す制御がスタートすると、ECU50は、各気筒2に供給すべき燃料の総量である総燃料量を決定する(ステップS1)。具体的に、ECU50は、各気筒2における混合気の空燃比(A/F)が理論空燃比(14.7)もしくはその近傍に設定された目標空燃比に一致するように、総燃料量を決定する。この総燃料量は、エアフローセンサSN2の検出値に基づき決定することが可能である。すなわち、ECU50は、各気筒2に導入される新気の量である吸入空気量を、エアフローセンサSN2の検出値から算出するとともに、算出した吸入空気量を目標空燃比(≒14.7)で除した値を、上記総燃料量として決定する。
When the control shown in FIG. 3 starts, the
次いで、ECU50は、触媒温度センサSN3により検出される触媒入口温度(燃料改質触媒33の入口部の温度)が予め定められた閾値Txよりも大きいか否かを判定する(ステップS2)。閾値Txは、燃料改質触媒33の活性温度(例えば約500℃)よりもやや高い値に設定される。
Next, the
上記ステップS2でYESと判定されて触媒入口温度が閾値Txを超えることが確認された場合、ECU50は、改質制御として、各気筒2に供給される総燃料量の少なくとも一部が改質用インジェクタ32からの供給燃料(換言すれば燃料改質触媒33で改質された燃料)で賄われるように、改質用インジェクタ32および直噴インジェクタ3を制御する(ステップS3)。この改質制御の詳細については後述する。
If the determination in step S2 is YES and it is confirmed that the catalyst inlet temperature exceeds the threshold Tx, the
一方、上記ステップS2でNOと判定されて触媒入口温度が閾値Tx以下であることが確認された場合、ECU50は、非改質制御として、各気筒2に供給される総燃料量が全て直噴インジェクタ3からの噴射燃料で賄われるように、改質用インジェクタ32および直噴インジェクタ3を制御する(ステップS4)。すなわち、ECU50は、各気筒2に供給される総燃料量と同量の燃料を各気筒2の直噴インジェクタ3から噴射させるとともに、改質用インジェクタ32による燃料噴射を停止する。
On the other hand, if the determination in step S2 is NO and it is confirmed that the catalyst inlet temperature is equal to or lower than the threshold value Tx, the
図4および図5は、上記ステップS3の改質制御の詳細を示すサブルーチンである。図4に示す制御がスタートすると、ECU50は、EGR弁31を全開位置まで開く(ステップS10)。言い換えると、改質制御では、EGR率、つまり各気筒2に導入される吸気(新気およびEGRガス)に対するEGRガスの割合を調整する手段としてEGR弁31は基本的に使用されない。EGR率は、後述する送気コンプレッサ35および発電タービン25の作動により生じる圧力差(吸気通路10と排気通路20との圧力差)に基づき制御される。なお、送気コンプレッサ35および発電タービン25の作動だけでは所望の圧力差を生成できない可能性もあるが、そのような場合には例外的にEGR弁31の開度を低下させる制御が実行されるものとする。
4 and 5 are subroutines showing details of the reforming control in step S3. When the control shown in FIG. 4 starts, the
次いで、ECU50は、EGR率(吸気に対するEGRガスの割合)の目標値である目標EGR率R1を取得する(ステップS11)。目標EGR率R1は、エンジンの運転条件(負荷および回転数)ごとに異なる値をとるように、例えばマップ形式で予め定められている。ECU50は、アクセルセンサSN5の検出値等から特定されるエンジン負荷と、クランク角センサSN1の検出値から特定されるエンジン回転数とに基づいて、現在の運転条件に適合する目標EGR率R1を決定する。
Next, the
図6は、エンジン負荷と目標EGR率R1との関係を概略的に示すグラフである。このグラフに示すように、目標EGR率R1は、エンジン負荷が高いほど大きくなるように定められている。このような目標EGR率R1の傾向は、燃料改質触媒33での効率的な燃料改質を目指して定められたものである。すなわち、本願発明者の研究による知見として、改質用インジェクタ32から噴射される噴射の総量のうち燃料改質触媒33で改質される燃料の割合である燃料改質率はEGR率によって変動すること、および、最大の燃料改質率が得られるEGR率はエンジン負荷が高いほど大きくなることが分かっている。そこで、当実施形態では、各運転条件において可及的に高い燃料改質率が得られるように、目標EGR率R1が高負荷側ほど大きい値に設定されている。なお、目標EGR率R1はエンジン回転数によっても変動し得るが、ここではその傾向についての説明は省略する。
FIG. 6 is a graph schematically showing the relationship between engine load and target EGR rate R1. As shown in this graph, the target EGR rate R1 is set to increase as the engine load increases. Such a tendency of the target EGR rate R1 is determined with the aim of efficient fuel reforming at the
次いで、ECU50は、EGR率の実際値である実EGR率を算出する(ステップS12)。実EGR率は種々の方法で算出可能であるが、一例として、ECU50は、各気筒2に導入される吸気(新気およびEGRガス)の量を現在のエンジンの運転条件から推定するとともに、推定した吸気量と、エアフローセンサSN2により検出される新気の流量とに基づいて、実EGR率を算出する。
Next, the
次いで、ECU50は、上記ステップS12で算出された実EGR率に基づいて、EGR通路30を流通するEGRガスの流量(EGRガス流量)を算出する(ステップS13)。EGRガス流量は、実EGR率が高いほど大きい値として算出される。
Next, the
次いで、ECU50は、改質用インジェクタ32から噴射すべき燃料の量である改質用燃料噴射量を決定する(ステップS14)。なお、ここでいう改質用燃料噴射量とは、エンジン本体1の各気筒2で繰り返される燃焼に供するべく改質用インジェクタ32から断続的に噴射される燃料の1回あたりの噴射量のことである。すなわち、改質用インジェクタ32は、当該インジェクタ32から噴射された燃料が各気筒2の吸気行程中に各気筒2にそれぞれ到達するように、各気筒2の吸気行程にリンクした適宜のタイミングで燃料を繰り返し噴射する。上記ステップS14における改質用燃料噴射量とは、このように改質用インジェクタ32から断続的に噴射される燃料の1回あたりの噴射量のことである。
Next, the
上記ステップS14において、改質用燃料噴射量は、触媒温度センサSN3により検出される触媒入口温度(燃料改質触媒33の入口部の温度)と、上記ステップS13で算出されたEGRガス流量とをパラメータとしたマップに基づき決定される。図7は、このマップの傾向を概略的に示すグラフであり、グラフ(a)は触媒入口温度と改質用燃料噴射量との関係を、グラフ(b)はEGRガス流量と改質用燃料噴射量との関係をそれぞれ示している。図7のグラフ(a)に示すように、改質用燃料噴射量は、触媒入口温度が上述した閾値Txに対し増大するほど多くなるように設定される。また、図7のグラフ(b)に示すように、改質用燃料噴射量は、EGRガス流量が増大するほど多くなるように設定される。なお、触媒入口温度と噴射量との関係を規定するグラフ(a)において、EGRガス流量は0より大きい値で一定であるものとし、EGRガス流量と噴射量との関係を規定するグラフ(b)において、触媒入口温度は閾値Txより高い値で一定であるものとする。 In step S14, the reforming fuel injection amount is determined based on the catalyst inlet temperature (temperature at the inlet of the fuel reforming catalyst 33) detected by the catalyst temperature sensor SN3 and the EGR gas flow rate calculated in step S13. Determined based on the map used as a parameter. FIG. 7 is a graph schematically showing the trend of this map, with graph (a) showing the relationship between catalyst inlet temperature and reforming fuel injection amount, and graph (b) showing the relationship between EGR gas flow rate and reforming fuel injection amount. The relationship with the injection amount is shown respectively. As shown in the graph (a) of FIG. 7, the reforming fuel injection amount is set to increase as the catalyst inlet temperature increases with respect to the above-mentioned threshold value Tx. Further, as shown in the graph (b) of FIG. 7, the reforming fuel injection amount is set to increase as the EGR gas flow rate increases. In the graph (a) that defines the relationship between the catalyst inlet temperature and the injection amount, it is assumed that the EGR gas flow rate is constant at a value greater than 0, and in the graph (b) that defines the relationship between the EGR gas flow rate and the injection amount. ), the catalyst inlet temperature is assumed to be constant at a value higher than the threshold value Tx.
上記のような傾向で改質用燃料噴射量が決定されるのは、触媒出口温度(燃料改質触媒33の出口部の温度)が活性温度を下回らないようにするためである。すなわち、燃料改質触媒33で燃料を改質させる反応は吸熱反応であるため、触媒出口温度は触媒入口温度よりも低下する。このため、むやみに多くの燃料を燃料改質触媒33に導入すると、触媒出口温度が活性温度(例えば約500℃)を下回り、同触媒33での燃料改質率が低下するおそれがある。逆に言えば、触媒入口温度が活性温度に比して高いほど、触媒出口温度が活性温度を下回らない条件で燃料改質触媒33に導入し得る燃料量は多くなる。また、EGRガスは高温であるため、EGRガス流量が多いほど燃料改質触媒33の保温が図られ、その温度低下が抑制される。このため、EGRガス流量が多いほど、触媒出口温度が活性温度を下回らない条件で燃料改質触媒33に導入し得る燃料量は多くなる。図7のグラフ(a)(b)に示した改質用燃料噴射量の傾向は、このような観点から定められたものである。すなわち、当実施形態では、触媒出口温度が活性温度を下回らない範囲でできるだけ多くの燃料を燃料改質触媒33に導入して改質するべく、改質用燃料噴射量が触媒入口温度およびEGRガス流量に応じて可変的に(各パラメータに比例するように)設定される。
The reason why the reforming fuel injection amount is determined according to the above tendency is to prevent the catalyst outlet temperature (temperature at the outlet of the fuel reforming catalyst 33) from falling below the activation temperature. That is, since the reaction of reforming the fuel by the
上記のようにして改質用燃料噴射量が決定されると、ECU50は、エンジン本体1の各気筒2に各直噴インジェクタ3から噴射すべき燃料の量である直噴燃料量を決定する(ステップS15)。具体的に、直噴燃料量は、上記ステップS1においてエンジンの運転条件(負荷および回転数)に応じて決定された総燃料量、つまり現運転条件に適合したトルクを発生させるために各気筒2に噴射すべき燃料の量(所要燃料量)と、上記ステップS14で決定された改質用燃料噴射量とに基づき算出される。例えば、直噴燃料量をF1、改質用燃料噴射量をF2、各気筒2の総燃料量をF0としたとき、直噴燃料量F1は、総燃料量F0から改質用燃料噴射量F2を減じた値(F0-F2)として算出することができる。
When the reforming fuel injection amount is determined as described above, the
ここで、改質用燃料噴射量は、上述したとおり、触媒入口温度およびEGRガス流量に応じて変動するので、直噴燃料量も触媒入口温度およびEGRガス流量に応じて変動する。言い換えると、直噴燃料量と改質用燃料噴射量との比率(燃料割合)は、触媒入口温度およびEGRガス流量に応じて変動する。図8は、燃料割合と触媒入口温度との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、「直噴インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し直噴インジェクタ3からの噴射燃料が占める割合のことであり、「改質用インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し改質用インジェクタ32からの噴射燃料が占める割合のことである。図8に示すように、触媒入口温度が閾値Tx以下のとき、総燃料量はその全部(100%)が直噴インジェクタ3からの噴射燃料(直噴燃料量)によって賄われる。これに対し、触媒入口温度が閾値Txを超えると、当該閾値Txに対する超過量が大きくなるほど改質用インジェクタ32からの噴射燃料(改質用燃料噴射量)が占める割合が増大し、最大で100%に達する。このように、直噴燃料量および改質用燃料噴射量の割合は、触媒入口温度が高くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。また、図示は省略するが、同割合はEGRガス流量によっても変化し、EGRガス流量が多くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。なお、上記ステップS14,S15の前提として、触媒入口温度は閾値Txを超えているから、ここでの改質用燃料噴射量の割合(改質用インジェクタ分担率)は、少なくとも0%よりは大きい値に設定され、最大で100%まで上昇し得る。
Here, since the reforming fuel injection amount varies depending on the catalyst inlet temperature and the EGR gas flow rate as described above, the direct injection fuel amount also varies depending on the catalyst inlet temperature and the EGR gas flow rate. In other words, the ratio (fuel ratio) between the direct injection fuel amount and the reforming fuel injection amount changes depending on the catalyst inlet temperature and the EGR gas flow rate. FIG. 8 is a graph showing the relationship between fuel ratio and catalyst inlet temperature. In this graph, the "direct injector share" is the ratio of the fuel injected from the
次いで、ECU50は、上記ステップS14,S15で決定された各噴射量に従って改質用インジェクタ32および直噴インジェクタ3に燃料を噴射させる(ステップS16)。すなわち、ECU50は、上記ステップS14で決定された改質用燃料噴射量に相当する量の燃料が改質用インジェクタ32から噴射されるように同インジェクタ32を制御するとともに、上記ステップS15で決定された直噴燃料量に相当する量の燃料が直噴インジェクタ3から噴射されるように同インジェクタ3を制御する。
Next, the
次いで、ECU50は、図5のステップS21に移行して、上記ステップS11,S12(図4)で算出された目標EGR率R1および実EGR率R2に基づいて、目標EGR率R1から実EGR率R2を減じた値である不足EGR率(R1-R2)が予め定められた閾値X1よりも大きいか否かを判定する。閾値X1は0より大きい値(例えば目標EGR率R1の5~10%に相当する値)であり、不足EGR率がこの閾値X1よりも大きいということは、実EGR率R2が目標EGR率R1を比較的大きく下回っていること、つまり実質的なEGR不足が起きていることを意味する。一方、不足EGR率が閾値X1以下であるということは、EGR率が目標に一致するかもしくはこれよりやや低い値に収まっていること、つまり実質的なEGR不足が起きていないことを意味する。
Next, the
上記ステップS21でNOと判定されてEGR不足が起きていないことが確認された場合、ECU50は、実EGR率R2から目標EGR率R1を減じた値である過剰EGR率(R2-R1)が予め定められた閾値X2よりも大きいか否かを判定する(ステップS22)。閾値X2は0より大きい値であり、過剰EGR率がこの閾値X2よりも大きいということは、実EGR率R2が目標EGR率R1を比較的大きく上回っていること、つまり実質的なEGR過剰が起きていることを意味する。一方、過剰EGR率が閾値X2以下であるということは、EGR率が目標に一致するかもしくはこれよりやや高い値に収まっていること、つまり実質的なEGR過剰が起きていないことを意味する。なお、このステップS22で用いられる閾値X2は、上記ステップS21で用いられる閾値X1と同一もしくはその近傍値に設定することができる。
If the determination in step S21 is NO and it is confirmed that there is no EGR shortage, the
上記ステップS22でNOと判定されてEGR過剰が起きていないことが確認された場合、ECU50は、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量を現在のエンジンの運転条件(負荷および回転数)に応じた基本値に設定する通常制御を実行する。この通常制御は、次のステップS23,S24を含む。
If the determination in step S22 is NO and it is confirmed that excess EGR has not occurred, the
まずステップS23において、ECU50は、送気コンプレッサ35(コンプレッサインペラ37)の回転数が現在のエンジンの運転条件に応じて定まる基本回転数になるように送気コンプレッサ35を制御する。すなわち、目標EGR率に相当する量のEGRガスを吸気通路10に送り込むための送気コンプレッサ35の回転数は、エンジンの運転条件(負荷および回転数の組合せ)ごとに、数値シミュレーションや実験等によって予め知ることができる。ステップS23では、この既知のデータに基づき予め定められたマップまたはモデル式を用いて、現在の運転条件下で目標EGR率(上記ステップS11で決定された目標EGR率R1)を達成するための送気コンプレッサ35の回転数が基本回転数として求められ、この基本回転数に一致する回転数でコンプレッサインペラ37が回転するように送気コンプレッサ35のモータ38が制御される。
First, in step S23, the
続くステップS24において、ECU50は、発電タービン25の発電量が現在のエンジンの運転条件に応じて定まる基本発電量になるように発電タービン25を制御する。基本発電量は、送気コンプレッサ35が上述した基本回転数で回転している場合に当該送気コンプレッサ35で消費される消費電力をやや上回るような値に設定される。これは、送気コンプレッサ35の駆動によりバッテリ40の充電量が減少するのを確実に防止するためである。ステップS24では、このような要求に基づく基本発電量がマップまたはモデル式を用いて求められ、この基本発電量に一致する電力が発電されるように発電タービン25の発電機28が制御される。
In subsequent step S24, the
次に、上記ステップS22でNOと判定された場合、つまり過剰EGR率(R2-R1)が閾値X2を超えるEGR過剰が起きている場合の制御について説明する。この場合、ECU50は、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量をともに低下させるEGR抑制制御を実行する。このEGR抑制制御は、次のステップS25,S26を含む。
Next, a description will be given of control when the determination in step S22 is NO, that is, when excessive EGR occurs where the excessive EGR rate (R2-R1) exceeds the threshold value X2. In this case, the
まずステップS25において、ECU50は、上述したステップS23のときと同様、送気コンプレッサ35(コンプレッサインペラ37)の回転数が基本回転数になるように送気コンプレッサ35を制御する。ただし、上述したとおり、基本回転数は現在の運転条件下で目標EGR率R1を達成するのに必要な回転数であるから、当該基本回転数に送気コンプレッサ35の回転数を一致させるステップS25の制御によって、送気コンプレッサ35の回転数は低下することになる。すなわち、ステップS25の前提として、実EGR率R2が目標EGR率R1を有意に上回る(R2-R1>X2となる)EGR過剰が起きているので、この状態でステップS25の制御が実行されることにより、相対的に低い目標EGR率R1に対応する基本回転数に合わせて送気コンプレッサ35が制御される結果、その回転数がEGR過剰が起きる直前に比べて低下する。
First, in step S25, the
続くステップS26において、ECU50は、発電タービン25の発電量が過剰EGR率(R2-R1)に応じた値になるように発電タービン25の発電量をフィードバック制御する。具体的に、ECU50は、過剰EGR率が閾値X2に対し大きいほど発電タービン25の発電量が大きく低下するように、いわゆるPID制御によって発電タービン25の発電量を調整する。PID制御とは、周知のとおり、出力値とその目標値との比較に基づき入力値を制御するフィードバック制御の一種であり、出力値と目標値との偏差、その積分および微分の3要素に基づいて入力値を決定する制御のことである。このPID制御により、ステップS26では、EGR過剰(R2-R1>X2)が確認された直後において大きく発電量が低下し、かつその後は当該発電量の低下幅が徐々に(実EGR率R2が目標EGR率R1に近づくにつれて)縮小するように、発電タービン25の発電機28が制御される。
In subsequent step S26, the
上記のとおり、EGR抑制制御(S25,S26)が実行されると、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量が、それぞれ同制御の実行前に比べて低下する。このことは、送気コンプレッサ35によるEGR通路30への排気ガスの吸い込み力の低下と、発電タービン25による排気通路20内の排気ガスの流通抵抗の低下とをもたらし、これによってEGR率が低下する。
As described above, when the EGR suppression control (S25, S26) is executed, the rotational speed of the
次に、ステップS21でYESと判定された場合、つまり不足EGR率(R1-R2)が閾値X1を超えるEGR不足が起きている場合の制御について説明する。この場合、ECU50は、バッテリ40の現在の充電量が予め定められた下限充電量Yよりも大きいか否かを判定する(ステップS27)。バッテリ40の充電量は、バッテリセンサSN4の検出値から特定することができる。下限充電量は、送気コンプレッサ35を含む電気機器の作動確保やバッテリ40の劣化を考慮して定められる値であり、0%よりもある程度大きい値に設定される。
Next, a description will be given of control when the determination is YES in step S21, that is, when an EGR shortage occurs where the insufficient EGR rate (R1-R2) exceeds the threshold value X1. In this case, the
上記ステップS27でYESと判定されてバッテリ40の充電量が下限充電量Yよりも大きいことが確認された場合、ECU50は、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量をともに増大させる第1EGR促進制御を実行する。この第1EGR抑制制御は、次のステップS28,S29を含む。
If the determination in step S27 is YES and it is confirmed that the charge amount of the
まずステップS28において、ECU50は、送気コンプレッサ35の回転数が不足EGR率(R1-R2)に応じた値になるように送気コンプレッサ35の回転数をフィードバック制御する。具体的に、ECU50は、不足EGR率が閾値X1に対し大きいほど送気コンプレッサ35の回転数が大きく増大するように、PID制御によって送気コンプレッサ35の回転数を調整する。このPID制御により、ステップS28では、EGR不足(R1-R2>X1)が確認された直後において大きく回転数が増大し、かつその後は当該回転数の増大幅が徐々に(実EGR率R2が目標EGR率R1に近づくにつれて)縮小するように、送気コンプレッサ35のモータ38が制御される。
First, in step S28, the
続くステップS29において、ECU50は、上述したステップS24のときと同様、発電タービン25の発電量が基本発電量になるように発電タービン25を制御する。ただし、上述のように基本発電量は、現在の運転条件下で目標EGR率R1を達成するのに必要な回転数(基本回転数)で送気コンプレッサ35が回転しているときの消費電力に近い(やや上回る)値に設定されるから、当該基本発電量に発電タービン25の発電量を一致させるステップS29の制御によって、発電タービン25の発電量は増大することになる。すなわち、ステップS29の前提として、目標EGR率R1が実EGR率R2を有意に上回る(R1-R2>X1となる)EGR不足が起きており、送気コンプレッサ35の基本回転数が現在の回転数よりも高い値に設定されているから、この状態でステップS29の制御が実行されることにより、高い基本回転数(言い換えれば高い消費電力)に合わせた発電量が得られるように発電タービン25の発電機28が制御され、その発電量がEGR不足が起きる直前に比べて増大する。
In the following step S29, the
上記のとおり、第1EGR促進制御(S28,S29)が実行されると、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量が、それぞれ同制御の実行前に比べて増大する。このことは、送気コンプレッサ35によるEGR通路30への排気ガスの吸い込み力の増大と、発電タービン25による排気通路20内の排気ガスの流通抵抗の増大とをもたらし、これによってEGR率が増大する。
As described above, when the first EGR promotion control (S28, S29) is executed, the rotational speed of the
次に、上記ステップS27でNOと判定された場合、つまりバッテリ40の充電量が下限充電量Y以下である場合の制御について説明する。この場合、ECU50は、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量をともに増大させる第2EGR促進制御を実行する。第2EGR促進制御は、上述した第1EGR促進制御(S28,S29)と比べて、送気コンプレッサ35の制御は同様であるが、発電タービン25の制御が異なる。すなわち、第2EGR促進制御は、次のステップS30,S31を含む。
Next, a description will be given of control when the determination in step S27 is NO, that is, when the amount of charge of the
まずステップS30において、ECU50は、上述したステップS28のときと同様のフィードバック制御(PID制御)により、送気コンプレッサ35の回転数が不足EGR率(R1-R2)に応じた値になるように(不足EGR率が大きいほど送気コンプレッサ35の回転数が増大するように)送気コンプレッサ35を制御する。
First, in step S30, the
続くステップS31において、ECU50は、発電タービン25の発電量が送気コンプレッサ35での実際の消費電力と一致するように発電タービン25を制御する。送気コンプレッサ35での消費電力は、上記ステップS30での回転数のフィードバック制御(PID制御)によって増大しているから、このステップS31の制御により発電タービン25の発電量は増大されることになる。
In subsequent step S31, the
図9は、図4および図5に示した改質制御が実行された場合の各種状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートであり、チャート(a)はEGR率の変化を、チャート(b)は送気コンプレッサ35の回転数の変化を、チャート(c)は発電タービン25の発電量の変化を、チャート(d)はバッテリ40の充電量の変化を、それぞれ示している。
FIG. 9 is a time chart showing an example of changes over time in various state quantities when the reforming control shown in FIGS. 4 and 5 is executed. Chart (a) shows changes in the EGR rate, chart (b) ) shows the change in the rotational speed of the
図9のチャート(a)に示すように、エンジンの運転条件の変動に応じて、目標EGR率R1がV1、V2、V3の順に変化したと仮定する。すなわち、目標EGR率R1は、時点t1においてV1とされ、その後の時点t2においてV1からV2に増大し、さらにその後の時点t5においてV2からV3に低下したと仮定する。なお、チャート(a)において目標EGR率R1に相当する一点鎖線のラインの上側および下側に表記される破線のラインは、目標EGR率R1に対するずれの許容範囲を示しており、この許容範囲に実EGR率R2(太い実線の波形)が含まれているときは通常制御(図5のステップS23,S24)が実行されることを意味する。言い換えると、上記許容範囲の上限(上側の破線のライン)は、過剰EGR率(R2-R1)の限度である閾値X2に対応しており、上記許容範囲の下限(下側の破線のライン)は、不足EGR率(R1-R2)の限度である閾値X1に対応している。 As shown in chart (a) of FIG. 9, it is assumed that the target EGR rate R1 changes in the order of V1, V2, and V3 in response to changes in engine operating conditions. That is, it is assumed that the target EGR rate R1 is set to V1 at time t1, increases from V1 to V2 at subsequent time t2, and further decreases from V2 to V3 at subsequent time t5. In chart (a), the dashed lines above and below the dashed-dotted line corresponding to the target EGR rate R1 indicate the allowable range of deviation from the target EGR rate R1. When the actual EGR rate R2 (thick solid line waveform) is included, it means that normal control (steps S23 and S24 in FIG. 5) is executed. In other words, the upper limit of the above tolerance range (upper dashed line) corresponds to threshold X2, which is the limit of the excess EGR rate (R2-R1), and the lower limit of the above tolerance range (lower dashed line) corresponds to the threshold value X1 which is the limit of the insufficient EGR rate (R1-R2).
時点t1からt2の期間において、実EGR率R2は目標EGR率R1(=V1)の許容範囲に含まれている。このため、同期間(t1~t2)中は通常制御が実行される。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量が、目標EGR率R1(=V1)に対応する基本回転数N1および基本発電量G1にそれぞれ設定される(チャート(b)(c)参照)。基本発電量G1は、基本回転数N1で回転する送気コンプレッサ35で消費される電力をやや上回る値に設定される。したがって、この通常制御により、バッテリ40の充電量は、時点t1~t2の間、下限充電量Yよりも大きい範囲で緩やかに漸増する(チャート(d)参照)。
During the period from time t1 to t2, the actual EGR rate R2 is included in the allowable range of the target EGR rate R1 (=V1). Therefore, normal control is executed during the same period (t1 to t2). That is, the rotational speed of the
時点t2において目標EGR率R1がV1からV2へと増大すると、不足EGR率(R1-R2)が閾値X1を超えるEGR不足が発生する。これにより、時点t2以降、制御は第1EGR促進制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数が不足EGR率(R1-R2)に応じたフィードバック制御値である回転数N2aに設定されるとともに(チャート(b)参照)、発電タービン25の発電量が、目標EGR率R1(=V2)に対応する基本発電量G2に設定される(チャート(c)参照)。チャート(b)に示すように、増大後の目標EGR率R1(=V2)に対応する基本回転数をN2とすると、フィードバック制御による送気コンプレッサ35の回転数N2aは、基本回転数N2よりも大きい値に設定される。ただし、時点t2以降、不足EGR率(R1-R2)は時間経過ととともに小さくなるから(チャート(a)参照)、これに応じて基本回転数N2に対する回転数N2aの増大幅も漸減する(チャート(b)参照)。また、上記のように送気コンプレッサ35が基本回転数N2よりも高い回転数N2aで駆動されることにより、基本発電量G2を上回る電力が送気コンプレッサ35で消費される。これにより、時点t2以降、バッテリ40の充電量は漸減する(チャート(d)参照)。
When the target EGR rate R1 increases from V1 to V2 at time t2, an EGR shortage occurs in which the insufficient EGR rate (R1-R2) exceeds the threshold value X1. As a result, the control shifts to the first EGR promotion control after time t2. That is, the rotational speed of the
時点t2より遅れた時点t3において、バッテリ40の充電量は下限充電量Yまで低下する。これにより、時点t3以降、制御は第2EGR促進制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数が不足EGR率(R1-R2)に応じたフィードバック制御値である回転数N2bに設定されるとともに(チャート(b)参照)、発電タービン25の発電量が送気コンプレッサ35での実際の消費電力に対応する発電量G2bに設定される(チャート(c)参照)。送気コンプレッサ35の回転数N2bは、フィードバック制御により、基本回転数N2よりも大きくされ、かつ時間経過とともに漸減される。また、これに合わせて発電タービン25の発電量G2bも、基本発電量G2よりも大きくされ、かつ時間経過とともに漸減される。バッテリ40の充電量は、下限充電量Yに維持される(チャート(d)参照)。
At time t3, which is delayed from time t2, the charge amount of the
時点t3より遅れた時点t4において、実EGR率R2が目標EGR率R1(=V2)の許容範囲に含まれる値にまで増大する。これにより、時点t4移行、制御は通常制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量が、増大後の目標EGR率R1(=V2)に対応する基本回転数N2および基本発電量G2にそれぞれ設定される(チャート(b)(c)参照)。基本発電量G2は、基本回転数N2で回転する送気コンプレッサ35で消費される電力をやや上回る。したがって、この通常制御により、バッテリ40の充電量は、時点t4以降、下限充電量Yから緩やかに漸増する(チャート(d)参照)。
At time t4, which is delayed from time t3, the actual EGR rate R2 increases to a value included in the allowable range of the target EGR rate R1 (=V2). As a result, the control shifts to normal control at time t4. That is, the rotation speed of the
時点t4よりも遅れた時点t5において、目標EGR率R1がV2からV3へと低下することにより、過剰EGR率(R2-R1)が閾値X2を超えるEGR過剰が発生する。これにより、時点t5以降、制御はEGR抑制制御に移行する。すなわち、発電タービン25の発電量が過剰EGR率(R2-R1)に応じたフィードバック制御値である発電量G3aに設定されるとともに(チャート(c)参照)、送気コンプレッサ35の回転数が低下後の目標EGR率R1(=V3)に応じた基本回転数N3に設定される(チャート(b)参照)。低下後の目標EGR率R1(=V3)に応じて定まる基本発電量をG3とすると、フィードバック制御による発電タービン25の発電量G3aは、基本発電量G3よりも小さい値に設定される。また、時点t5以降、過剰EGR率(R2-R1)は時間経過ととともに小さくなるから、これに応じて基本発電量G3に対する発電量G3aの低下幅は漸減する。
At time t5, which is later than time t4, the target EGR rate R1 decreases from V2 to V3, thereby causing excess EGR in which the excess EGR rate (R2-R1) exceeds the threshold value X2. As a result, control shifts to EGR suppression control after time t5. That is, the power generation amount of the
時点t5より遅れた時点t6において、実EGR率R2が目標EGR率R1(=V3)の許容範囲に含まれる値にまで低下する。これにより、時点t6移行、制御は通常制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数および発電タービン25の発電量が、低下後の目標EGR率R1(=V3)に対応する基本回転数N3および基本発電量G3にそれぞれ設定される(チャート(b)(c)参照)。
At time t6, which is delayed from time t5, the actual EGR rate R2 decreases to a value included in the allowable range of the target EGR rate R1 (=V3). As a result, the control shifts to normal control at time t6. That is, the rotation speed of the
(4)作用等
以上説明したとおり、当実施形態では、EGR通路30に燃料改質触媒33および送気コンプレッサ35が設けられるとともに、改質用インジェクタ32からEGR通路30に噴射された燃料を燃料改質触媒33に導入可能であるため、送気コンプレッサ35の回転制御によってEGR通路30への排気ガスの吸い込み力を調整することができ、燃料改質触媒33に燃料とともに導入されるEGRガスの流量を、運転条件に応じた適切な値に調整することができる。また、排気通路20に発電タービン25が設けられるので、送気コンプレッサ35で消費される電力の少なくとも一部を、排気ガスのエネルギーを利用した発電電力により賄うことができる。このことは、燃料改質触媒33での吸熱反応による燃料改質の効果(燃焼性の改善)と相俟って、エンジンから排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高めるので、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。
(4) Effects, etc. As explained above, in this embodiment, the
また、上記のように燃料改質触媒33に燃料を導入する制御(改質制御)の実行中に、EGRガスの流量が不足していること、つまり目標EGR率R1から実EGR率R2を減じた不足EGR率(R1-R2)が所定の閾値X1を超えるEGR不足が起きていることが確認された場合には、送気コンプレッサ35の回転数を増大させかつ発電タービン25の発電量を増大させるEGR促進制御(ステップS28,S29の第1EGR促進制御またはステップS30,S31の第2EGR促進制御)が実行されるので、EGR不足を速やかに解消して燃料改質のための適切なEGRガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数の増大によりEGR通路30への排気ガスの吸い込み力が増大し、かつ発電タービン25の発電量の増大(これによるタービンインペラ27の回転抵抗の増大)により排気通路20内の排気ガスの流通抵抗が増大するので、これら2つの作用が排気通路20からEGR通路30への排気ガスの分流を促進し、これによってEGR不足が速やかに解消される。このように、当実施形態では、EGR不足に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒33に導入されるEGRガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。
In addition, during the execution of the control (reforming control) for introducing fuel into the
また、上記実施形態では、上記改質制御の実行中に、EGRガスの流量が過剰になっていること、つまり実EGR率R2から目標EGR率R1を減じた過剰EGR率(R2-R2)が所定の閾値X2を超えるEGR過剰が起きていることが確認された場合に、送気コンプレッサ35の回転数を低下させかつ発電タービン25の発電量を低下させるEGR抑制制御(ステップS25,S26)が実行されるので、EGR過剰を速やかに解消して燃料改質のための適切なEGRガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサ35の回転数の低下によりEGR通路30への排気ガスの吸い込み力が低下し、かつ発電タービン25の発電量の低下(これによるタービンインペラ27の回転抵抗の低下)により排気通路20内の排気ガスの流通抵抗が低下するので、これら2つの作用が排気通路20からEGR通路30への排気ガスの分流を抑制し、これによってEGR過剰が速やかに解消される。このように、当実施形態では、EGR過剰に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒33に導入されるEGRガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。
Further, in the above embodiment, during execution of the reforming control, the flow rate of EGR gas is excessive, that is, the excess EGR rate (R2-R2) obtained by subtracting the target EGR rate R1 from the actual EGR rate R2 is When it is confirmed that excess EGR exceeding a predetermined threshold value X2 has occurred, EGR suppression control (steps S25, S26) is performed to reduce the rotation speed of the
特に、上記実施形態では、EGR促進制御(第1または第2EGR促進制御)の際に、不足EGR率(R1-R2)が閾値X1に対し大きいほど送気コンプレッサ35の回転数が大きく増大するように当該回転数がフィードバック制御されるので、不足EGR率の変化に応じた適切な回転数の調整によりEGR不足を速やかに解消することができる。
In particular, in the above embodiment, during EGR promotion control (first or second EGR promotion control), the rotation speed of the
同様に、EGR抑制制御の際には、過剰EGR率(R2-R1)が閾値X2に対し大きいほど発電タービン25の発電量が大きく低下するように当該発電量がフィードバック制御されるので、過剰EGR率の変化に応じた適切な発電量の調整によりEGR過剰を速やかに解消することができる。また、EGR過剰が起きている状況では、それ以前に多くの排気ガスが流れているはずであり、発電タービン25で十分な発電が行われていた可能性が高い。これに対し、上記実施形態では、EGR率の過剰程度に応じたフィードバック制御により速やかに発電量が減らされるので、無用な発電を回避しつつEGR過剰を早期に解消することができる。
Similarly, during EGR suppression control, the power generation amount of the
なお、上記実施形態では、実EGR率を算出する方法として、各気筒2に導入される吸気(新気およびEGRガス)の量を現在のエンジンの運転条件から推定した上で、推定した吸気量とエアフローセンサSN2による新気流量の検出値とに基づいて実EGR率を算出する方法を例示したが、EGR通路30を流通するEGRガスの流量を検出するセンサを設けて当該センサによる検出値に基づき実EGR率を算出することも可能である。
In the above embodiment, as a method of calculating the actual EGR rate, the amount of intake air (fresh air and EGR gas) introduced into each
1 :エンジン本体
10 :吸気通路
20 :排気通路
25 :発電タービン
30 :EGR通路
32 :改質用インジェクタ
33 :燃料改質触媒
35 :送気コンプレッサ
50 :ECU(コントローラ)
X1 :(不足EGR率の)閾値
X2 :(過剰EGR率の)閾値
1: Engine body 10: Intake passage 20: Exhaust passage 25: Power generation turbine 30: EGR passage 32: Reforming injector 33: Fuel reforming catalyst 35: Air supply compressor 50: ECU (controller)
X1: Threshold (of insufficient EGR rate) X2: Threshold (of excess EGR rate)
Claims (6)
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、
前記EGR通路における前記改質用インジェクタの下流側に設けられ、前記改質用インジェクタから噴射された燃料を改質可能な燃料改質触媒と、
前記排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気ガスのエネルギーにより発電可能な発電タービンと、
前記EGR通路に設けられ、前記発電タービンにより発電された電力により駆動可能な送気コンプレッサと、
前記改質用インジェクタ、前記発電タービン、および前記送気コンプレッサを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記改質用インジェクタに燃料を噴射させる改質制御の実行中に、前記EGR通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に還流される排気ガスであるEGRガスの流量が不足するEGR不足の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を増大させかつ前記発電タービンの発電量を増大させるEGR促進制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 A fuel reforming system applied to an engine comprising an engine body, an intake passage through which intake air introduced into the engine body flows, and an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body flows,
an EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage;
a reforming injector capable of injecting fuel into the EGR passage;
a fuel reforming catalyst that is provided downstream of the reforming injector in the EGR passage and is capable of reforming the fuel injected from the reforming injector;
a power generation turbine installed in the exhaust passage and capable of generating electricity using the energy of exhaust gas flowing through the exhaust passage;
an air supply compressor that is provided in the EGR passage and can be driven by the electric power generated by the power generation turbine;
A controller that controls the reforming injector, the power generation turbine, and the air supply compressor,
During execution of reforming control for injecting fuel into the reforming injector, the controller detects EGR insufficiency in which the flow rate of EGR gas, which is exhaust gas that is recirculated from the exhaust passage to the intake passage through the EGR passage, is insufficient. 1. A fuel reforming system for an engine, characterized in that when occurrence of the above is confirmed, EGR promotion control is executed to increase the rotational speed of the air supply compressor and increase the amount of power generated by the power generation turbine.
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記EGRガスの割合であるEGR率の目標値を目標EGR率、EGR率の実際値を実EGR率、目標EGR率から実EGR率を減じた値を不足EGR率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記不足EGR率を逐次算出するとともに、算出した当該不足EGR率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記EGR促進制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 The engine fuel reforming system according to claim 1,
The target value of the EGR rate, which is the ratio of the EGR gas to the intake air introduced into the engine body, is the target EGR rate, the actual value of the EGR rate is the actual EGR rate, and the value obtained by subtracting the actual EGR rate from the target EGR rate is the insufficient EGR. The controller sequentially calculates the insufficient EGR rate during execution of the reforming control, and when it is confirmed that the calculated insufficient EGR rate is larger than a predetermined threshold value, the controller calculates the EGR A fuel reforming system for an engine, characterized in that the system performs acceleration control.
前記コントローラは、前記不足EGR率が前記閾値に対し大きいほど前記送気コンプレッサの回転数が大きく増大するように、前記送気コンプレッサの回転数を前記不足EGR率に基づきフィードバック制御する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 The engine fuel reforming system according to claim 2,
The controller is characterized in that the controller performs feedback control of the rotational speed of the air supply compressor based on the insufficient EGR rate so that the rotational speed of the air supply compressor increases as the insufficient EGR rate is larger than the threshold value. Fuel reforming system for engines.
前記コントローラは、前記改質制御の実行中に、前記EGRガスの流量が過剰になるEGR過剰の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を低下させかつ前記発電タービンの発電量を低下させるEGR抑制制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 In the engine fuel reforming system according to any one of claims 1 to 3,
The controller is configured to reduce the rotational speed of the air supply compressor and reduce the power generation amount of the power generation turbine, if occurrence of EGR excess in which the flow rate of the EGR gas is excessive is confirmed during execution of the reforming control. 1. A fuel reforming system for an engine, characterized in that the system executes EGR suppression control that reduces EGR.
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記EGRガスの割合であるEGR率の目標値を目標EGR率、EGR率の実際値を実EGR率、実EGR率から目標EGR率を減じた値を過剰EGR率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記過剰EGR率を逐次算出するとともに、算出した当該過剰EGR率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記EGR抑制制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 The engine fuel reforming system according to claim 4,
The target value of the EGR rate, which is the ratio of the EGR gas to the intake air introduced into the engine body, is the target EGR rate, the actual value of the EGR rate is the actual EGR rate, and the value obtained by subtracting the target EGR rate from the actual EGR rate is the excessive EGR. The controller sequentially calculates the excess EGR rate during execution of the reforming control, and when it is confirmed that the calculated excess EGR rate is larger than a predetermined threshold value, the controller calculates the excess EGR rate. A fuel reforming system for an engine, characterized in that it performs suppression control.
前記コントローラは、前記過剰EGR率が前記閾値に対し大きいほど前記発電タービンの発電量が大きく低下するように、前記発電タービンの発電量を前記過剰EGR率に基づきフィードバック制御する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。 The engine fuel reforming system according to claim 5,
The controller is characterized in that the controller performs feedback control on the power generation amount of the power generation turbine based on the excess EGR rate so that the power generation amount of the power generation turbine decreases more as the excess EGR rate is larger than the threshold value. Engine fuel reforming system.
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