JPS6135375B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、排気ガスの一部を取出し、これに燃
料の一部を供給して排気ガス通路に設けた触媒装
置にその活性領域で通すことにより、排気ガスの
熱を利用して吸熱改質反応を行なわせ、水素と一
酸化炭素を含む改質ガスを生成してこれを吸気系
に供給し、もつて効率のよい排気熱の回収、燃費
の向上を図つた内燃機関または外燃機関（以下単
に機関という）の排気ガス改質装置に関するもの
である。 排気ガスの一部を取出してこれに燃料を供給し
て改質ガスを生成し、機関の吸気系に供給するタ
イプの排気ガス改質装置は従来なかつたもので、
ここに新たに提供するものである。このタイプの
排気ガス改質装置にあつては、水素および一酸化
炭素を含む改質ガスを生成する触媒を、反応可能
な活性領域に保持するために、その温度を一定範
囲に維持することが必要になる。本発明は触媒温
度を一定範囲に維持する方法、構成にとくに特徴
〓〓〓〓
を有する排気ガス改質装置を提供することを目的
とするものである。 かかる目的を達成するため本発明の構成は、排
気ガスを通す通路４ａと排ガスから隔壁４ｂをも
つて遮断された改質触媒５とを有する触媒装置４
を機関１の排気ガス通路３に設け、触媒装置４よ
りも下流の排気ガス通路３と触媒装置４の改質触
媒５とを排気ガス再循環用導管６で連絡し、排気
ガス再循環用導管６に改質用燃料供給管７を接続
し、触媒装置４の改質触媒５と機関１の吸気通路
２とを改質ガス導管９で連絡し、機関１の吸気通
路２に燃料供給管７′を接続し、触媒装置４に改
質触媒５の温度検出手段１２を設け、改質用燃料
供給管７に第１の流量制御用弁手段１５を設ける
とともに、燃料供給管７′に第２の流量制御用弁
手段１６を設け、温度検出手段１２と前記第１の
流量制御用弁手段１５とを制御装置１１を介して
接続し、触媒内温度が設定値よりも高いときは第
１流量制御用弁手段１５の開度を大きくして改質
用燃料供給量を増加させ、反対に前記設定値より
も触媒内温度が低いときは第１の流量制御用弁手
段１５の開度を小さくして改質用燃料供給量を減
少させ、このことにより改質触媒温度を一定範囲
に抑えるように構成し、しかも制御装置１１には
吸気通路２に取り付けたエア流量センサ１４と、
排気ガス通路３に取り付けた酸素センサ１３とを
接続させ、エア流量センサ１４の検出値および酸
素センサ１３の検出値に基づいて、第１の流量制
御用弁手段１５の開度と第２の流量制御用弁手段
１６の開度とを、該第１の流量制御用弁手段１５
および第２の流量制御用弁手段１６から供給され
る燃料の和が吸気通路２内のエア流量と見合う量
となるように制御し、さらに、改質ガス導管９の
途中には、制御装置１１の指示により触媒装置４
への改質用燃料供給量に応じて弁開度が制御され
る流量制御弁１０を設置したことを特徴とするも
のである。 以上の構成により、排気系において触媒装置４
に再循環された排気ガスの一部は改質用燃料と混
合し、改質触媒５により排熱を利用して改質ガス
を生じ、改質ガス導管９を経て吸気通路２に供給
される。 ここで、上記触媒装置４における改質反応は一
定温度領域で活性となるが、改質触媒５では吸熱
反応が起こることから、一定温度よりも高いとき
は制御装置１１により触媒装置４への改質用燃料
供給量を増加させ、逆に低いときは前記改質用燃
料供給量を減少させ、これにより触媒温度が一定
領域に維持され、改質反応は最適な活性状態に保
たれる。 吸気通路２への改質ガスの供給量は、制御装置
１１で作動する流量制御弁１０により、第１の流
量制御用弁手段１５からの改質用燃料供給量に見
合う量に調整されるため、如何なる機関運転の状
態においても、改質反応を極力定常的な反応条件
に保ち、改質効率が最適な状態に維持される。 制御装置１１には、吸気系のエア流量センサ１
４の検出信号および排気系の酸素センサ１３の検
出信号が入力される。制御装置１１は前記検出信
号に基いて吸気通路２と排気系の触媒装置４とへ
の全燃料供給量をコントロールし、吸気系のエア
流量に応じて過不足ないように燃料供給する。し
かも、本発明では触媒温度を温度検出手段１２で
検知し、吸気系で供給する燃料と触媒装置４へ供
給する改質用燃料との比を最適にコントロールす
るため、理論空燃比を確保するとともに触媒の活
性温度を設定値に制御することができる。 以下に、本発明の排気ガス改質装置の一実施例
を、図に従つて説明する。 図において、１は機関、２はその吸気通路、３
は排気ガス通路であり、この部分は従来の一般の
機関の構成と同じである。 排気ガス通路には、触媒装置４が設けられる。
触媒装置４には機関１からの排気ガスが通る通路
４ａが形成されており、この通路４ａを通る排気
ガスと隔壁４ｂによつて隔てられて改質ガスを生
成するための改質触媒５が装入されている。 改質触媒５は、排気ガスと改質装置に供給され
るCmHn燃料（改質用燃料）の供給を受けて、次
式で示すように、水素と一酸化炭素とを含む改質
ガスを生成するものであり、たとえばCo，Ni，
Rhが使用できる。

【表】 〓〓〓〓
上式の通り、この反応は吸熱反応であるが、反
応において吸熱される熱量328.2Kcal／mol（C₇.
₆H₁₃.₆）は排気ガスから隔壁４ｂを通して改質触
媒５に供給されるものである。 触媒装置４の改質触媒５部と触媒装置４下流の
排気ガス通路３とは、排気ガス再循環用導管６で
連絡されており、触媒装置４を通つた後の排気ガ
スの一部を触媒装置４内の改質触媒５に導入でき
るようになつている。前式の排気ガスは、この一
部取り出された排気ガスを示している。 排気ガス再循環用導管６には、改質用燃料供給
管７が接続されており、燃料電磁ポンプ８が送ら
れてくるCmHn液体燃料を排気ガス再循環用導管
６内に注入するようになつている。前式の改質用
燃料は、この排気ガス再循環用導管６内に注入さ
れる燃料を示している。 触媒装置４内の改質触媒５が装入されている部
分と機関１の吸気通路２とは、改質ガス導管９に
よつて連絡されており、触媒装置４で生成された
改質ガスを吸気通路２の負圧によつて吸気通路２
内に導くようになつている。改質ガス導管９の途
中には、改質ガス流量制御弁１０が設けられてお
り、吸気通路２に供給される改質ガスの量を制御
できるようになつている。 吸気通路２には、更に燃料供給管７′が設けら
れており、電磁ポンプ８からの燃料のうち改質用
燃料供給管７に送られた残りの燃料を吸気通路２
に注入するようになつている。 改質触媒５の反応は、一定の温度領域、たとえ
ば500℃〜700℃において活性を示すため、改質触
媒５を一定の温度領域に制御するための制御装置
１１が設けられている。触媒装置４には、改質触
媒５の温度を検出する温度検出手段１２、たとえ
ば熱電対が設けられており、検出された温度に対
応する信号を制御装置１１に送つている。また、
排気ガス通路３の適当箇所には酸素センサ１３が
設けられており、その信号は制御装置１１に導か
れているようになつている。さらに吸気通路２に
エアーフローセンサー１４が設けられており、吸
気量を検知して制御装置１１にその信号を送るよ
うになつている。 制御装置１１では、温度検出手段１２から送ら
れてきた信号を予じめ設定してある触媒最適領域
温度と比較し、検出温度が設定温度より高いとき
は改質装置４への供給燃料量を増加させ、逆に低
いときは供給燃料量を減少させて触媒装置４内の
温度を一定範囲に抑えるよう各機器に作動信号を
発する。 すなわち、改質用燃料供給管７および吸気通路
２への燃料供給管７′には、それぞれそれらを通
る燃料の量を制御する弁手段１５，１６たとえば
電磁弁が設けられており、制御装置１１からの信
号に応じて作動するようになつている。また、制
御装置１１からの信号は、改質ガス導管９に設け
られた改質ガス流量制御弁１０にも導かれてお
り、改質用燃料供給管７に注入される燃料量に応
じて触媒装置４に再循環される排気ガス量を制御
するようになつている。 更に詳しく説明すると、制御装置１１は第２図
に示すように、エア流量センサ１４、酸素センサ
１３により、エア流量に過不足ない全燃料供給量
（弁１５及び１６から供給される燃料の和）を定
め、一方触媒温度センサ１２の信号により改質触
媒５を最適の温度に維持できるような弁１５から
の燃料供給量を定めて弁１５，１６の燃料供給量
の分配比を制御する。またこれと同時に、弁１５
の燃料供給量と一義的な関係にある改質ガス流量
制御弁１０のリフト量を定めて制御する。 上記の構成を有する装置において、機関１から
の排気ガスは、一部触媒装置４に再循環され、改
質触媒５により、CmHn燃料と排気ガスは排気ガ
スから熱を与えられて水素と一酸化炭素を含む改
質ガスを生成し、吸気通路２内に供給される。改
質触媒５は一定温度領域にて活性を示すが、改質
触媒５の温度が高過ぎるときは、制御装置１１に
より、触媒装置４への燃料供給が増加されるの
で、改質反応が吸熱反応のため改質触媒５の温度
は下がる。逆に温度が低いときは燃料供給が抑制
されるので、改質反応が抑制され、排気ガスの熱
により触媒温度は上昇する。制御装置１１による
燃料供給量の制御によつて、改質触媒５の温度は
一定の温度領域に維持されることとなる。 したがつて、本発明の排気ガス改質装置による
ときは、常に改質触媒を活性に保持することがで
きるように、燃料量、改質ガス流量がフイードバ
ツク制御されるので、改質反応は常に最適な状態
に保たれ、改質効率を常に最適状態とすることが
できる。また、排気ガス流量を余分に入れるよう
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に制御することにより、NOx低域を従来より効
果的に図ることができる。すなわち、通常の機関
に比べ、改質燃料とくに水素ガス燃料があるた
め、燃焼が早く安定し、沢山のEGRを行なうこ
とができ、NOx低域を効果的に図ることができ
る。さらにまた、改質反応に排気ガスの熱を有効
に利用するため、効果的な排気熱の回収が図ら
れ、機関の燃費向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気ガス改質装置の一実施例
に係る系統図、第２図は制御装置内の制御ブロツ
ク図である。図中の記号の意味は次の通りであ
る。 １…機関、２…吸気通路、３…排気ガス通路、
４…触媒装置、５…改質触媒、６…排気ガス再循
環用導管、７…改質用燃料供給管、９…改質ガス
導管、１０…改質ガス流量制御弁、１１…制御装
置、１２…温度検出手段、１５，１６…弁手段。 〓〓〓〓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気ガスを通す通路４ａと排気ガスから隔壁
   ４ｂをもつて遮断された改質触媒５とを有する触
   媒装置４を機関１の排気ガス通路３に設け、触媒
   装置４より下流の排気ガス通路３と触媒装置４の
   改質触媒５とを排気ガス再循環用導管６で連絡
   し、排気ガス再循環用導管６に改質用燃料供給管
   ７を接続し、触媒装置４の改質触媒５と機関１の
   吸気通路２とを改質ガス導管９で連絡し、機関１
   の吸気通路２に燃料供給管７′を接続し、触媒装
   置４に改質触媒５の温度検出手段１２を設け、改
   質用燃料供給管７に第１の流量制御用弁手段１５
   を設けるとともに、燃料供給管７′に第２の流量
   制御用弁手段１６を設け、温度検出手段１２と第
   １の流量制御用弁手段１５とを、触媒内温度が設
   定温度より高いときは第１の流量制御用弁手段１
   ５の開度を大きくし逆に低いときは第１の流量制
   御用弁手段１５の開度を小さくする制御装置１１
   を介して接続し、改質ガス導管９の途中に、触媒
   装置４への燃料供給量と適合するよう制御装置１
   １により弁開度が制御される流量制御弁１０を設
   け、吸気通路２に取付けたエア流量センサ１４
   と、排気ガス通路３に取付けた酸素センサ１３と
   を制御装置１１に接続し、エア流量センサ１４の
   検出値及び酸素センサ１３の検出値にもとずいて
   前記第１の流量制御用弁手段１５の開度と第２の
   流量制御用弁手段１６の開度との双方を、該第１
   の流量制御用弁手段１５及び第２の流量制御用弁
   手段１６から供給される燃料の和が吸気通路２内
   のエア流量と適合するように制御したことを特徴
   とする排気ガス改質装置。