JP2007187066A - Exhaust reformer system control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を改質して生成した改質ガスを吸気通路に供給する内燃機関の排気リフォーマシステム制御装置に関する。 The present invention relates to an exhaust reformer system control device for an internal combustion engine that supplies reformed gas generated by reforming fuel to an intake passage.
炭化水素燃料を改質触媒によって改質して水素を生成する燃料改質装置において、触媒表面への炭素析出いわゆるコーキングを抑制するために改質触媒への炭化水素燃料の供給を断続的に抑制する燃料改質装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。 In a fuel reformer that generates hydrogen by reforming hydrocarbon fuel with a reforming catalyst, the supply of hydrocarbon fuel to the reforming catalyst is intermittently suppressed to suppress so-called coking of carbon on the catalyst surface. A fuel reforming apparatus is known (see Patent Document 1). In addition, there is Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.
このような燃料改質装置では、アルコールを含有するアルコール混合燃料を改質ガスに改質することもできる。アルコール混合燃料に含まれる炭素の割合いわゆる炭素含有率はアルコール混合燃料のアルコール濃度に応じて変化する。そのため、アルコール混合燃料を改質する場合はガソリンなどの炭化水素燃料のみを改質するときと同様に改質する燃料量を一様に制限すると、改質触媒に供給する燃料量を無駄に制限し、改質ガスの生成効率を低下させるおそれがある。 In such a fuel reformer, an alcohol mixed fuel containing alcohol can be reformed into a reformed gas. The proportion of carbon contained in the alcohol-mixed fuel, so-called carbon content, varies depending on the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel. Therefore, when reforming an alcohol blended fuel, if the amount of fuel to be reformed is uniformly limited as in the case of reforming only hydrocarbon fuels such as gasoline, the amount of fuel supplied to the reforming catalyst is limited wastefully. However, there is a risk of reducing the generation efficiency of the reformed gas.
そこで、本発明は、コーキングによる改質触媒の劣化を抑制しつつ改質ガスの生成効率を改善することが可能な内燃機関の排気リフォーマシステム制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust reformer system control device for an internal combustion engine that can improve the generation efficiency of reformed gas while suppressing deterioration of the reforming catalyst due to coking.
本発明の内燃機関の排気リフォーマシステム制御装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する還流通路と、前記還流通路に配置され、前記還流通路を介して前記吸気通路に戻される排気中にアルコールを含有するアルコール混合燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁よりも前記吸気通路側の還流通路に配置され、排気中の前記アルコール混合燃料を水素を含有する改質ガスに改質する改質触媒と、を備えた内燃機関の排気リフォーマシステム制御装置において、前記アルコール混合燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、前記アルコール濃度取得手段により取得されたアルコール濃度に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべきアルコール混合燃料の量を調整する噴射量調整手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 An exhaust reformer system control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a recirculation passage that connects an exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine, an exhaust gas that is disposed in the recirculation passage and is returned to the intake passage through the recirculation passage. A fuel injection valve for injecting an alcohol-mixed fuel containing alcohol therein, and a recirculation passage closer to the intake passage than the fuel injection valve, and the alcohol-mixed fuel in the exhaust gas is converted into a reformed gas containing hydrogen In an exhaust reformer system control device for an internal combustion engine comprising a reforming catalyst for reforming, the alcohol concentration acquisition means for acquiring the alcohol concentration of the alcohol mixed fuel, and the alcohol concentration acquired by the alcohol concentration acquisition means And an injection amount adjusting means for adjusting the amount of the alcohol mixed fuel to be injected from the fuel injection valve accordingly. , To solve the problems described above (claim 1).
アルコール混合燃料はアルコール濃度に応じて炭素含有率が変化するので、コーキングを抑制しつつ燃料改質を行うことが可能な燃料量の上限値はアルコール濃度によって異なる。本発明の排気リフォーマシステム制御装置によれば、アルコール混合燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を調整するので、改質する燃料量を適切に調整することができる。そのため、コーキングによる改質触媒の劣化を抑制しつつ改質ガスの生成量を増加させることができる。 Since the carbon content of the alcohol-mixed fuel changes depending on the alcohol concentration, the upper limit value of the amount of fuel that can be reformed while suppressing coking varies depending on the alcohol concentration. According to the exhaust reformer system control device of the present invention, the amount of fuel to be injected from the fuel injection valve is adjusted in accordance with the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel, so that the amount of fuel to be reformed can be adjusted appropriately. Therefore, it is possible to increase the amount of reformed gas generated while suppressing deterioration of the reforming catalyst due to coking.
本発明の一形態において、前記噴射量調整手段は、前記アルコール濃度取得手段により取得されたアルコール濃度が高いほど前記燃料噴射弁から噴射すべきアルコール混合燃料の量を増加させてもよい(請求項2)。周知のようにガソリンなど内燃機関の燃料に使用される炭化水素燃料とアルコールとは燃料成分に占める水素(H)と炭素(C)の割合(H/C比)が異なり、アルコールの方がH/C比が大きい。なお、本発明におけるH/C比は、燃料成分に占める水素(H)の割合を炭素(C)の割合で割った比を指す。例えばアルコールであるエタノール(C2H5OH)はH/C比が3.0であり、炭化水素燃料であるガソリンはH/C比が1.7〜1.9程度である。そのため、アルコール混合燃料ではアルコール濃度が高くなるほど、燃料成分に占める炭素(C)の割合が減少して改質触媒の表面に炭素が析出し難くなる。この形態では、アルコール混合燃料のアルコール濃度が高いほど、燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を増加させるので、改質触媒表面への炭素の析出を抑制しつつ改質ガスの生成量を増加できる。 In one aspect of the present invention, the injection amount adjusting means may increase the amount of alcohol mixed fuel to be injected from the fuel injection valve as the alcohol concentration acquired by the alcohol concentration acquiring means is higher. 2). As is well known, hydrocarbon fuel and alcohol used as fuel for internal combustion engines such as gasoline differ in the ratio of hydrogen (H) and carbon (C) in the fuel component (H / C ratio), and alcohol is more H. / C ratio is large. The H / C ratio in the present invention refers to a ratio obtained by dividing the proportion of hydrogen (H) in the fuel component by the proportion of carbon (C). For example, ethanol (C 2 H 5 OH) which is an alcohol has an H / C ratio of 3.0, and gasoline which is a hydrocarbon fuel has an H / C ratio of about 1.7 to 1.9. For this reason, in the alcohol-mixed fuel, the higher the alcohol concentration, the lower the proportion of carbon (C) in the fuel component, and the more difficult it is to deposit carbon on the surface of the reforming catalyst. In this embodiment, the higher the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel, the higher the amount of fuel to be injected from the fuel injection valve. Therefore, it is possible to increase the amount of reformed gas generated while suppressing carbon deposition on the reforming catalyst surface. .
以上に説明したように、本発明によれば、アルコール混合燃料のアルコール濃度に応じて改質する燃料量を調整するので、コーキングによる改質触媒の劣化を抑制しつつ改質ガスの生成量を増加させることができる。 As described above, according to the present invention, the amount of reformed fuel is adjusted in accordance with the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel. Therefore, the amount of reformed gas generated can be reduced while suppressing deterioration of the reforming catalyst due to coking. Can be increased.
図1は、本発明の排気リフォーマシステム制御装置が組み込まれた内燃機関の一形態を示している。図1に示した内燃機関(以下、エンジンと呼ぶこともある。)1は、車両に走行用動力源として搭載され、4つの気筒(不図示)と吸気通路2と排気通路3とを備えている。吸気通路2は、吸気管2aと気筒毎に設けられる吸気ポート2bによって形成され、排気通路3はエキゾーストマニホールド3aを含む排気管3bによって形成される。吸気通路2には、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ4と、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ5と、吸気の脈動を抑えるサージタンク6とが設けられ、排気通路3には、排気を浄化するための三元触媒7と、燃料蒸発器8とが設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment of an internal combustion engine in which an exhaust reformer system control device of the present invention is incorporated. An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle as a driving power source, and includes four cylinders (not shown), an intake passage 2 and an exhaust passage 3. Yes. The intake passage 2 is formed by an intake pipe 2a and an
また、エンジン1は、燃料供給装置10を備えている。燃料供給装置10は、アルコールを含有するアルコール混合燃料(以下、混合燃料と略称する。)が貯留される燃料タンク11と、燃料ポンプ12と、各吸気ポート2aにそれぞれ設けられるインジェクタ13と、燃料タンク11と各インジェクタ13とを接続する燃料供給管14と、燃料供給管14を流通する混合燃料のアルコール濃度に対応した信号を出力するアルコール濃度取得手段としてのアルコール濃度検出器15とを備えている。なお、本形態では、燃料タンク11にガソリンとエタノールとが混合された混合燃料が貯留される。
The engine 1 also includes a fuel supply device 10. The fuel supply device 10 includes a
さらに、エンジン1は、燃料リフォーマシステム20を備えている。燃料リフォーマシステム20は、排気中に混合燃料を噴射して生成した混合ガスを改質触媒23によって水素を含有する改質ガスに改質するシステムである。燃料リフォーマシステム20は、吸気通路2と燃料蒸発器8よりも下流側の排気通路3とを接続する還流通路21と、燃料噴射弁としての改質用インジェクタ22と、熱交換器を有する改質触媒23と、還流通路21から吸気通路2に流入するガスの流量を調整するためのEGRバルブ24とを備えている。還流通路21は還流管21aによって形成される。改質触媒23は、改質用インジェクタ22よりも吸気通路2側に設けられる。改質用インジェクタ22はアルコール濃度検出器15よりも下流側、すなわちインジェクタ13側の位置において燃料供給管14から分岐した燃料分岐管16によって燃料タンク11と接続されている。改質触媒23において改質される混合ガスは、改質用インジェクタ22から還流通路21を流れる排気中に混合燃料が噴射されることによって生成される。
The engine 1 further includes a
燃料蒸発器8及び改質触媒23について説明する。燃料蒸発器8は、図1に点線で示したようにその内部を還流管21aが貫通しており、混合ガスと排気とを熱交換させて排気熱により混合ガスを加熱可能な熱交換器として構成されている。改質触媒23は、排気が流通する排気流通通路と、この排気流通通路と壁を隔てて設けられる触媒本体と、を備えている。触媒本体には、例えばCo、Ni、Rhが使用され、混合ガスはこの触媒本体によって改質ガスに改質される。この混合ガスを改質ガスに改質する反応は吸熱反応であるため、改質触媒23に設けられている熱交換器はこの反応を促進させるべく排気流通通路を流通する排気と触媒本体とを熱交換させ、排気熱によって触媒本体が昇温可能なように設けられている。
The
次に、図1を参照して燃料リフォーマシステム20による改質ガスの生成方法について説明する。還流通路21には、排気通路3との接続部から排気EGの一部が導かれる。還流通路21に導かれた排気EGには改質用インジェクタ22から混合燃料が噴射され、これにより混合ガスMGが生成される。混合ガスMGは燃料蒸発器8に導かれ、排気熱によって加熱される。この加熱により混合ガスMG中の混合燃料の気化が促進される。次に混合ガスMGは、改質触媒23に導かれる。改質触媒23では、触媒本体によって混合ガスMGが水素を含有する改質ガスRGに改質される。その後、改質ガスRGは、還流通路21及び吸気通路2を介して各気筒に導かれる。
Next, a method for generating reformed gas by the
改質用インジェクタ23の動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)30によって制御される。ECU30は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン1が適切に運転されるようにインジェクタ13などの動作を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU30は、例えば各気筒に供給すべき燃料量を算出するとともに、この算出した燃料量が各気筒に供給されるように各インジェクタ13の動作を制御する。このような制御を実行する際に参照する情報を取得すべくECU30には、エアフローメータ4、アルコール濃度検出器15、及びエンジン1のクランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ31が接続されている。
The operation of the reforming
ECU30は、改質触媒23に供給する混合燃料の量を算出するとともに、この算出した量の混合燃料が還流通路21の排気EG中に噴射されるように改質用インジェクタ23の動作を制御する。図2は、ECU30が改質触媒23に供給する混合燃料の量を算出するために実行する混合燃料噴射量算出ルーチンである。図2のルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。改質用インジェクタ22の制御方法は、周知の制御方法と同様でよいため説明を省略する。
The
図2のルーチンにおいてECU30は、まずステップS11でクランク角センサ31の出力信号を参照してエンジン1の回転数を取得するとともに、エアフローメータ4の出力信号を参照して吸入空気量を取得する。続くステップS12においてECU30は改質用インジェクタ22から噴射される基本噴射量Qbを算出する。この基本噴射量Qbは、混合燃料のアルコール濃度がゼロ、すなわちガソリンのみを改質用インジェクタ22から噴射すると仮定した場合の噴射量である。基本噴射量Qbは、例えば図3に示したマップを参照してエンジン1の回転数及びトルクに基づいて算出される。なお、エンジン1のトルクは吸入空気量と相関を有しているため、吸入空気量に基づいて算出される。図3から明らかなように、エンジン1の回転数が高いほど、またエンジン1のトルクが高いほど基本噴射量Qbは多く設定される。これは、エンジン1の回転数が高いほど、又はエンジン1のトルクが高いほどエンジン1から排出される排気の温度が上昇するので、より多くの混合燃料を改質できるためである。
In the routine of FIG. 2, the
次のステップS13においてECU30は、アルコール濃度検出器15の出力信号を参照して混合燃料のアルコール濃度を取得する。続くステップS14においてECU30は、燃料噴射量増量係数αを算出する。燃料噴射量増量係数αは、例えば図4に示したマップに基づいて算出される。エタノールのH/C比はガソリンのH/C比よりも大きいので、混合燃料のアルコール濃度が高いほど混合燃料の炭素含有率は低下する。そのため、同量の混合燃料を改質する場合、アルコール濃度が高い混合燃料は、アルコール濃度が低い混合燃料よりも炭素含有率が低いので、触媒本体の表面に炭素が析出され難い。従って、アルコール濃度が高い場合は、アルコール濃度が低い場合と比較して触媒本体表面への炭素の析出を抑制しつつより多くの混合燃料を改質することができる。そこで、図4に示したように、燃料噴射量増量係数αは、混合燃料のアルコール濃度が高いほど大きく設定される。
In the next step S13, the
次のステップS15においてECU30は、基本噴射量Qbに燃料噴射量増量係数αを掛けて最終噴射量Qfを算出する。その後、今回のルーチンを終了する。なお、この算出した最終噴射量QfはECU30のRAMなどに一時的に記憶され、改質用インジェクタ23の動作を制御するルーチンにて使用される。
In the next step S15, the
以上に説明したように、図2のルーチンでは、改質用インジェクタ22から噴射する混合燃料の量を混合燃料のアルコール濃度に応じて調整するので、改質触媒表面への炭素の析出、すなわちコーキングによる触媒本体の劣化を抑制しつつ改質ガスRGの生成量を増加させることができる。また、アルコールを含有する混合燃料のH/C比はガソリンのH/C比よりも高いので、混合燃料を改質する場合はガソリンのみを改質する場合よりも改質用インジェクタ22から噴射する混合燃料の量を増加させることができる。そのため、ガソリンのみを改質する場合と比較してより多くの排気熱を利用できるので、排気エネルギの回収効率を向上させることができる。
As described above, in the routine of FIG. 2, the amount of the mixed fuel injected from the reforming
図2のルーチンのステップS14及びS15の処理を実行することにより、ECU30は本発明の噴射用調整手段として機能する。
By executing the processing of steps S14 and S15 of the routine of FIG. 2, the
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の排気リフォーマシステムで改質される混合燃料はエタノールとガソリンとを混合した混合燃料に限定されない。混合燃料は、メタノールなど内燃機関の燃料として使用可能なアルコールと軽油など内燃機関の燃料として使用可能な炭化水素燃料とを混合した混合燃料であればよい。 The present invention is not limited to the above-described form and can be implemented in various forms. For example, the mixed fuel reformed by the exhaust reformer system of the present invention is not limited to the mixed fuel obtained by mixing ethanol and gasoline. The mixed fuel may be a mixed fuel obtained by mixing alcohol that can be used as a fuel for an internal combustion engine such as methanol and a hydrocarbon fuel that can be used as a fuel for the internal combustion engine such as light oil.
1 内燃機関
2 吸気通路
3 排気通路
15 アルコール濃度検出器(アルコール濃度取得手段)
21 還流通路
22 改質用インジェクタ(燃料噴射弁)
23 改質触媒
30 エンジンコントロールユニット(噴射量調整手段)
EG 排気
RG 改質ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Intake passage 3
21
23 reforming
EG exhaust RG reformed gas
Claims (2)
前記アルコール混合燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、前記アルコール濃度取得手段により取得されたアルコール濃度に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべきアルコール混合燃料の量を調整する噴射量調整手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気リフォーマシステム制御装置。 A recirculation passage that connects an exhaust passage and an intake passage of an internal combustion engine, and a fuel injection that is disposed in the recirculation passage and injects alcohol-mixed fuel containing alcohol into the exhaust gas that is returned to the intake passage through the recirculation passage An internal combustion engine comprising: a valve; and a reforming catalyst that is disposed in a recirculation passage closer to the intake passage than the fuel injection valve and reforms the alcohol-mixed fuel in the exhaust gas into a reformed gas containing hydrogen. In the exhaust reformer system control device,
Alcohol concentration acquisition means for acquiring the alcohol concentration of the alcohol mixed fuel, and injection amount adjustment means for adjusting the amount of alcohol mixed fuel to be injected from the fuel injection valve according to the alcohol concentration acquired by the alcohol concentration acquisition means And an exhaust reformer system control apparatus for an internal combustion engine.
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