JP2008101549A - Exhaust gas reformer and exhaust gas reforming system - Google Patents

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秀夫 矢作
Keiji Ito
啓二 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a drop in temperature of exhaust gas used for reforming. <P>SOLUTION: This exhaust gas reformer 20 provided in an exhaust gas reforming system 100 generates a reformed gas Exr containing hydrogen by reforming a reforming mixture Gmx of fuel with a part of exhaust gas Ex delivered from an internal combustion engine 1 by a reforming catalyst. The internal combustion engine 1 and exhaust gas reformer 20 are connected to each other through an exhaust gas passage 9, and the exhaust gas delivered from the internal combustion engine 1 is supplied to the exhaust gas reformer 20. The inside of the exhaust gas passage 9 is partitioned by a partitioning member 22. A space surrounded by the partitioning member 22 and exhaust gas passage 9 is made to serve as an exhaust gas introducing passage 21 for introducing a part of the exhaust gas Ex delivered from the internal combustion engine 1 to the reforming catalyst provided in the exhaust gas reformer 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料と、内燃機関が排出する排ガスとの混合気を改質して得られた水素を含む改質ガスを、内燃機関の吸気通路へ還流させる排ガス改質装置及び排ガス改質システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas reforming apparatus and an exhaust gas reforming system for recirculating a reformed gas containing hydrogen obtained by reforming a mixture of fuel and exhaust gas discharged from an internal combustion engine to an intake passage of the internal combustion engine. About.

内燃機関が排出する排ガスに炭化水素系の燃料を添加し、両者の混合気を改質触媒で改質して得られる改質ガスを、前記内燃機関の吸気管に供給可能とする排ガスの排ガス改質装置が知られている（例えば特許文献１）。   Exhaust gas for exhaust gas that allows hydrocarbon-based fuel to be added to the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and that the reformed gas obtained by reforming the mixture of the two with a reforming catalyst can be supplied to the intake pipe of the internal combustion engine A reformer is known (for example, Patent Document 1).

特開２００６−３７８７９号公報JP 2006-37879 A

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、内燃機関が排出する排ガスを排ガス改質装置へ供給するための配管が必要で、この配管から排ガスの熱エネルギが逃げてしまう結果、改質に供する排ガスの温度が低下してしまい、改質効率の低下、生成水素量の低下等を招くという問題があった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる排ガス改質装置及び排ガス改質システムを提供することを目的とする。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 requires a pipe for supplying the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the exhaust gas reforming device. As a result, the thermal energy of the exhaust gas escapes from this pipe and is used for reforming. There has been a problem that the temperature of the exhaust gas is lowered, leading to a reduction in reforming efficiency, a reduction in the amount of generated hydrogen, and the like. Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an exhaust gas reforming apparatus and an exhaust gas reforming system that can suppress a temperature drop of exhaust gas to be reformed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る排ガス改質装置は、燃料と、内燃機関が排出する排ガスの一部との改質用混合気を改質触媒によって改質することにより、水素を含む改質ガスを生成するものであり、改質に供されない前記排ガスが通過する主排ガス通路と、前記改質触媒が備えられて、前記改質用混合気が通過する改質通路と、前記内燃機関が排出する排ガスを前記主排ガス通路と前記改質触媒とへ導く排ガス通路に沿って設けられて、前記排ガスの一部を改質に供する排ガスとして前記改質通路内へ導く排ガス導入通路と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an exhaust gas reforming apparatus according to the present invention reforms a reforming mixture of fuel and a part of exhaust gas discharged from an internal combustion engine with a reforming catalyst. By doing so, a reformed gas containing hydrogen is generated, the main exhaust gas passage through which the exhaust gas not subjected to reforming passes, and the reforming catalyst are provided, and the reforming gas mixture passes through. The reforming passage is provided as an exhaust gas provided along the exhaust passage for guiding the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the main exhaust gas passage and the reforming catalyst, and a part of the exhaust gas is used for reforming. And an exhaust gas introduction passage leading into the interior.

この発明に係る排ガス改質装置は、内燃機関が排出する排ガスの一部を改質触媒へ導く排ガス導入通路を備え、この排ガス通路を、内燃機関と排ガス改質装置とを接続する主排ガス通路に沿って設ける。これによって、排ガスの温度低下を抑制できるので、この排ガスと燃料との改質用混合気の温度低下を抑制して、改質効率の低下を抑制できる。   An exhaust gas reforming apparatus according to the present invention includes an exhaust gas introduction passage that guides part of exhaust gas discharged from an internal combustion engine to a reforming catalyst, and the exhaust gas passage connects the internal combustion engine and the exhaust gas reforming apparatus. Provide along. Thereby, since the temperature fall of exhaust gas can be suppressed, the temperature fall of the reforming mixture of exhaust gas and fuel can be suppressed, and the reduction in reforming efficiency can be suppressed.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記排ガス導入通路は、前記排ガス通路の内部を仕切る仕切り部材と前記排ガス通路とで囲まれる空間で構成することができる。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the next aspect of the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, the exhaust gas introduction passage may be configured by a space surrounded by a partition member that partitions the interior of the exhaust gas passage and the exhaust gas passage. it can.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記排ガス導入通路は、前記主排ガス通路の外側に沿って設けることができる。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, the exhaust gas introduction passage can be provided along the outside of the main exhaust gas passage.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記排ガス導入通路には、排ガス入口と排ガス出口との間に突起部を設けることが好ましい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, it is preferable that a projection is provided between the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet in the exhaust gas introduction passage.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記排ガス導入通路は、断熱材で覆うことが好ましい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, the exhaust gas introduction passage is preferably covered with a heat insulating material.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記改質通路の排ガス入口には、前記改質用混合気を一時的に留めておく改質用混合気溜めを設けるようにしてもよい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the next aspect of the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, the reforming gas mixture is temporarily retained at the exhaust gas inlet of the reforming passage. May be provided.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記改質通路の改質ガス出口には、前記改質通路を通った改質ガスを一時的に溜めておく改質ガス溜めを設けるようにしてもよい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, the reformed gas that has passed through the reforming passage is temporarily stored at the reformed gas outlet of the reforming passage. A reformed gas reservoir may be provided.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記改質用混合気溜めは断熱材で覆われることが好ましい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, it is preferable that the reforming gas reservoir is covered with a heat insulating material.

次の本発明に係る排ガス改質装置のように、前記排ガス改質装置において、前記主排ガス通路の内部には、前記排ガスを浄化する浄化触媒が設けてもよい。   As in the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention, in the exhaust gas reforming apparatus, a purification catalyst for purifying the exhaust gas may be provided inside the main exhaust gas passage.

次の本発明に係る排ガス改質システムは、内燃機関と、前記内燃機関が排出する排ガスが流れる排ガス通路の途中に設けられる前記排ガス改質装置と、前記排ガス改質装置よって生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるガス還流通路と、前記排ガス改質装置と前記吸気通路との間に設けられる還流流量調整手段と、を含むことを特徴とする。   An exhaust gas reforming system according to the present invention includes an internal combustion engine, the exhaust gas reformer provided in the middle of an exhaust gas passage through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows, and the reformer generated by the exhaust gas reformer. A gas recirculation passage for recirculating gas to the intake passage of the internal combustion engine; and a recirculation flow rate adjusting means provided between the exhaust gas reforming device and the intake passage.

この発明に係る排ガス改質装置及び排ガス改質システムは、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる。   The exhaust gas reforming apparatus and the exhaust gas reforming system according to the present invention can suppress a decrease in the temperature of exhaust gas used for reforming.

以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, or substantially the same, so-called equivalent ranges. The present invention can be preferably applied particularly to an internal combustion engine mounted on a vehicle such as a passenger car, a bus, or a truck.

本実施形態は、内燃機関が排出する排ガスの一部を排ガス改質装置が備える改質触媒へ導く排ガス導入通路を備え、この排ガス通路を、内燃機関と排ガス改質装置とを接続する主排ガス通路に沿って設ける点に特徴がある。   The present embodiment includes an exhaust gas introduction passage that guides part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to a reforming catalyst provided in the exhaust gas reformer, and this exhaust gas passage is connected to the main exhaust gas that connects the internal combustion engine and the exhaust gas reformer. It is characterized in that it is provided along the passage.

図１は、本実施形態に係る排ガス改質システムの全体構成図である。図２−１は、図１のＡ−Ａ断面であり、本実施形態に係る排ガス改質装置２０へ排ガスＥｘを導入する排ガス導入通路２１の構成を示す断面図である。本実施形態に係る排ガス改質システム１００は、内燃機関１と、排ガス改質装置２０とを備える。内燃機関１が排出する排ガスＥｘの一部は、排ガス改質手段である排ガス改質装置２０（以下排ガス改質装置という）へ導かれる。そして、排ガス改質装置２０に導かれた排ガスＥｘに、炭化水素（ＨＣ）を含む、改質に供する燃料（改質用燃料）Ｆｒを供給することによって水素（Ｈ2）を生成する。そして、この改質反応によって得られた水素を含むガス（以下改質ガスという）Ｅｘｒを内燃機関１の吸気側（吸気通路３）へ還流させる。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas reforming system according to the present embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and is a cross-sectional view showing the configuration of the exhaust gas introduction passage 21 for introducing the exhaust gas Ex to the exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment. An exhaust gas reforming system 100 according to this embodiment includes an internal combustion engine 1 and an exhaust gas reforming device 20. A part of the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 is led to an exhaust gas reforming device 20 (hereinafter referred to as an exhaust gas reforming device) which is an exhaust gas reforming means. Then, hydrogen (H 2 ) is generated by supplying the fuel (reforming fuel) Fr to be used for reforming, including hydrocarbons (HC), to the exhaust gas Ex led to the exhaust gas reforming device 20. Then, a gas containing hydrogen (hereinafter referred to as reformed gas) Exr obtained by this reforming reaction is recirculated to the intake side (intake passage 3) of the internal combustion engine 1.

本実施形態に係る排ガス改質システム１００は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。機関ＥＣＵ５０は、いわゆるマイクロコンピュータであり、内燃機関１や排ガス改質装置２０を制御するための制御用コンピュータプログラムを記憶部５３に格納する。機関ＥＣＵ５０は、主として内燃機関１を制御するための内燃機関制御部５１と、主として排ガス改質装置２０への燃料供給や改質ガスＥｘｒの還流を制御する改質制御部５２とを備えている。   The exhaust gas reforming system 100 according to the present embodiment is controlled by an engine ECU (Electronic Control Unit) 50. The engine ECU 50 is a so-called microcomputer, and stores a control computer program for controlling the internal combustion engine 1 and the exhaust gas reforming apparatus 20 in the storage unit 53. The engine ECU 50 includes an internal combustion engine control unit 51 for mainly controlling the internal combustion engine 1 and a reforming control unit 52 for mainly controlling the fuel supply to the exhaust gas reforming device 20 and the recirculation of the reformed gas Exr. .

内燃機関１は、４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また、内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１に供給される燃料（内燃機関用燃料）Ｆｅは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によって内燃機関用燃料通路７３を介してポート噴射弁６に供給される。そして、内燃機関用燃料Ｆｅは、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通過する空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７1〜７4を通って各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ導入される。 Although the internal combustion engine 1 has four cylinders arranged in series, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited to this. The internal combustion engine 1 may be a so-called rotary internal combustion engine. The fuel (fuel for the internal combustion engine) Fe supplied to the internal combustion engine 1 is supplied to the port injection valve 6 through the fuel passage 73 for the internal combustion engine by the feed pump 71 in the fuel tank 70. The internal combustion engine fuel Fe is injected into the intake passage 3 from the port injection valve 6 and forms an air-fuel mixture with the air A passing through the intake passage 3. The mixture is introduced through the intake manifold 7 1-7 4 constituting the intake passage to each cylinder 1s 1 ~1s 4.

本実施形態においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給するが、ポート噴射弁を気筒数分用意して、各気筒１ｓ1〜１ｓ4のインテークマニホールド７1〜７4へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。また、ポート噴射弁の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁とを備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。 In the present embodiment, the port injection valve 6 alone supplies fuel Fe for an internal combustion engine to the respective cylinders of the internal combustion engine 1, the port injection valve to prepare several of cylinders, intake of each cylinder 1s 1 ~1s 4 The internal combustion engine fuel Fe may be supplied to the manifolds 7 1 to 7 4 . Further, the internal combustion engine fuel Fe may be supplied to the internal combustion engine 1 by using a so-called direct injection valve that directly injects fuel into the cylinder instead of the port injection valve. Further, a port injection valve and a direct injection valve may be provided, and the fuel injection ratio of both may be changed according to the operating conditions of the internal combustion engine 1 to supply the internal combustion engine fuel Fe to the internal combustion engine 1.

内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル４７Ｐによって制御される。本実施形態において、アクセル４７Ｐの開度はアクセル開度センサ４７で検出されて、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。アクセル開度センサ４７からのアクセル開度情報を元に、機関ＥＣＵ５０が備える内燃機関制御部５１はスロットル弁４の開度を調整する。   The air A supplied to the internal combustion engine 1 is sent to the internal combustion engine 1 after dust and the like are removed by an air cleaner 13 attached to the inlet of the intake passage 3. The flow rate of the air A supplied to the internal combustion engine 1 is adjusted by a throttle valve 4 provided in the intake passage 3. The opening degree of the throttle valve 4 is controlled by an accelerator 47P. In the present embodiment, the opening of the accelerator 47P is detected by the accelerator opening sensor 47 and is taken into the engine ECU 50. Based on the accelerator opening information from the accelerator opening sensor 47, the internal combustion engine control unit 51 provided in the engine ECU 50 adjusts the opening of the throttle valve 4.

アクセル開度が大きくなると、スロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル開度が小さくなると、スロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気は、吸気通路３であってスロットル弁４の上流に設けられるエアフローセンサ４２で流量が計測されて、その計測値は機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０の内燃機関制御部５１は、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料噴射量Ｑｆを決定する。   When the accelerator opening increases, the opening of the throttle valve 4 increases, and when the accelerator opening decreases, the opening of the throttle valve 4 decreases. The flow of air supplied to the internal combustion engine 1 is measured by an air flow sensor 42 provided in the intake passage 3 and upstream of the throttle valve 4, and the measured value is taken into the engine ECU 50. The internal combustion engine control unit 51 of the engine ECU 50 determines the fuel injection amount Qf for the internal combustion engine 1 from the intake air amount Ga measured by the air flow sensor 42 and the engine rotational speed NE of the internal combustion engine 1 measured by the rotational speed sensor 43. To decide.

内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、エキゾーストマニホールド８に接続される排ガス通路９を通って排ガス改質装置２０へ導入され、排ガスＥｘを改質するための熱を与える。排ガス改質装置２０から排出された排ガスＥｘは、大気中へ放出される。このように、排ガス通路９は、内燃機関１と排ガス改質装置２０とを接続して、内燃機関１から排出された排ガスＥｘを、排ガス改質装置２０へ導く。また、排ガス通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４５が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、機関ＥＣＵ５０で決定される燃料噴射量を補正する。なお、Ａ／Ｆセンサ４５の代わりにＯ2センサを用いてもよい。 The air-fuel mixture burned in each cylinder 1 s 1 to 1 s 4 of the internal combustion engine 1 becomes exhaust gas Ex and is discharged to the exhaust manifold 8. The exhaust gas Ex is introduced into the exhaust gas reforming device 20 through the exhaust gas passage 9 connected to the exhaust manifold 8, and gives heat for reforming the exhaust gas Ex. The exhaust gas Ex discharged from the exhaust gas reformer 20 is released into the atmosphere. In this way, the exhaust gas passage 9 connects the internal combustion engine 1 and the exhaust gas reforming device 20 and guides the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 to the exhaust gas reforming device 20. In addition, an A / F (Air / Fuel: air-fuel ratio) sensor 45 is attached to the exhaust gas passage 9 to measure the air-fuel ratio of the exhaust gas Ex. Then, the combustion state of the internal combustion engine 1 is determined from the air-fuel ratio of the exhaust gas Ex, and when it deviates from the predetermined air-fuel ratio, the fuel injection amount determined by the engine ECU 50 is corrected. Note that an O 2 sensor may be used instead of the A / F sensor 45.

排ガス通路９には排ガス改質装置２０が接続されており、内燃機関１が排出する排ガスＥｘが排ガス改質装置２０へ供給される。すなわち、排ガス通路９は、内燃機関１と排ガス改質装置２０とを接続して、内燃機関１が排出した排ガスを排ガス改質装置２０へ導く。本実施形態に係る排ガス改質装置２０は、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの一部を改質する。このため、図２−１に示すように、本実施形態に係る排ガス改質装置２０は、排ガス通路９に沿って設けられる排ガス導入通路２１から、内燃機関１が排出する排ガスの一部を排ガス改質装置２０の改質触媒へ導く。   An exhaust gas reformer 20 is connected to the exhaust gas passage 9, and exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 is supplied to the exhaust gas reformer 20. That is, the exhaust gas passage 9 connects the internal combustion engine 1 and the exhaust gas reforming device 20 and guides the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 to the exhaust gas reforming device 20. The exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment reforms a part of the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1. For this reason, as shown in FIG. 2A, the exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment removes a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 from the exhaust gas introduction passage 21 provided along the exhaust gas passage 9. It leads to the reforming catalyst of the reformer 20.

本実施形態においては、排ガス導入通路２１は、排ガス通路９内に設けられる仕切り部材２２によって排ガス通路９内を仕切ることにより、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成する。このように、排ガス導入通路２１は、仕切り部材２２と排ガス通路９とで囲まれる空間で構成される。仕切り部材２２と排ガス通路９とで囲まれる空間は２つ存在するが、改質に供される排ガスＥｘは、改質に供されない排ガスＥｘよりも量が少ないため、通路断面積の小さいほうの空間を排ガス導入通路２１とする。   In the present embodiment, the exhaust gas introduction passage 21 forms the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9 by partitioning the exhaust gas passage 9 with a partition member 22 provided in the exhaust gas passage 9. As described above, the exhaust gas introduction passage 21 is configured by a space surrounded by the partition member 22 and the exhaust gas passage 9. There are two spaces surrounded by the partition member 22 and the exhaust gas passage 9, but the amount of the exhaust gas Ex used for reforming is smaller than that of the exhaust gas Ex not used for reforming. Let the space be the exhaust gas introduction passage 21.

このように、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成することにより、排ガス導入通路２１を排ガス通路９とは別個に設けるよりも外気との接触面積を小さくでき、また、排ガス通路９を流れる改質に供さない排ガスＥｘからの受熱も可能になる。これによって、改質に供する排ガスＥｘの温度低下を効果的に抑制できるので、吸熱反応である排ガス改質装置２０内での改質効率低下を抑制することができる。特に、排ガス通路９内に、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成することにより、排ガス通路９を流れる排ガスＥｘからの仕切り部材２２を介した伝熱を効果的に利用することができる。さらに、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成することにより、排ガス導入通路２１を排ガス通路９とは別個に設ける必要はないので、排ガス導入通路２１を設けるためのスペースをコンパクトにすることができ、車両搭載時等における設置の自由度が向上する。   Thus, by forming the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9, the contact area with the outside air can be made smaller than when the exhaust gas introduction passage 21 is provided separately from the exhaust gas passage 9. It is also possible to receive heat from the exhaust gas Ex that is not subjected to flowing reforming. Thereby, since the temperature drop of the exhaust gas Ex to be used for reforming can be effectively suppressed, it is possible to suppress a reduction in reforming efficiency in the exhaust gas reforming apparatus 20 that is an endothermic reaction. In particular, by forming the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9 in the exhaust gas passage 9, heat transfer from the exhaust gas Ex flowing through the exhaust gas passage 9 through the partition member 22 can be effectively utilized. . Further, by forming the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9, it is not necessary to provide the exhaust gas introduction passage 21 separately from the exhaust gas passage 9, so that the space for providing the exhaust gas introduction passage 21 is made compact. This improves the degree of freedom of installation when mounted on a vehicle.

図２−２、図２−３は、排ガス導入通路の他の構成例を示す断面図である。図２−２に示す例では、排ガスＥｘが流れる内管９Ｉの外側に外管９Ｏを配置することによって、排ガス通路９ａを二重管としてある。そして、二重管で構成された範囲における内管９Ｉの内部に仕切り部材２２を配置することにより、内管９Ｉと仕切り部材２２との間に排ガス導入通路２１を形成する。このようにすれば、内管９Ｉと外管９Ｏとの間に形成される空間によって断熱効果が得られるため、排ガス導入通路２１を流れる排ガスＥｘの温度低下をより効果的に抑制できる。その結果、排ガス改質装置２０内での改質効率低下をより効果的に抑制することができる。   FIGS. 2-2 and FIGS. 2-3 are cross-sectional views showing other configuration examples of the exhaust gas introduction passage. In the example shown in FIG. 2-2, the exhaust pipe 9a is formed as a double pipe by disposing the outer pipe 9O outside the inner pipe 9I through which the exhaust gas Ex flows. Then, the exhaust gas introduction passage 21 is formed between the inner pipe 9I and the partition member 22 by disposing the partition member 22 inside the inner pipe 9I in the range constituted by the double pipe. In this way, since the heat insulation effect is obtained by the space formed between the inner pipe 9I and the outer pipe 9O, the temperature reduction of the exhaust gas Ex flowing through the exhaust gas introduction passage 21 can be more effectively suppressed. As a result, a reduction in reforming efficiency in the exhaust gas reforming apparatus 20 can be more effectively suppressed.

図２−３に示す例では、排ガスＥｘが流れる排ガス通路９の外側に断熱材ＨＩを配置してある。そして、断熱材ＨＩを配置した範囲における内管９Ｉの内部に仕切り部材２２を配置することにより、排ガス通路９と仕切り部材２２との間に排ガス導入通路２１を形成する。このようにすれば、排ガス通路９の外側に配置した断熱材ＨＩによって断熱効果が得られるため、排ガス導入通路２１を流れる排ガスＥｘの温度低下をより効果的に抑制できる。その結果、排ガス改質装置２０内での改質効率低下をより効果的に抑制することができる。ここで、断熱材ＨＩは、例えば、アルミナマットやロックウール等を保温カバーで覆うことにより構成することができる。   In the example shown in FIG. 2-3, the heat insulating material HI is disposed outside the exhaust gas passage 9 through which the exhaust gas Ex flows. And the exhaust gas introduction channel | path 21 is formed between the exhaust gas channel | path 9 and the partition member 22 by arrange | positioning the partition member 22 inside the inner pipe | tube 9I in the range which has arrange | positioned the heat insulating material HI. In this way, since the heat insulating effect is obtained by the heat insulating material HI disposed outside the exhaust gas passage 9, the temperature decrease of the exhaust gas Ex flowing through the exhaust gas introduction passage 21 can be more effectively suppressed. As a result, a reduction in reforming efficiency in the exhaust gas reforming apparatus 20 can be more effectively suppressed. Here, the heat insulating material HI can be configured, for example, by covering an alumina mat, rock wool, or the like with a heat insulating cover.

本実施形態において、改質に供される排ガスＥｘへ改質用燃料Ｆｒを供給するにあたっては、排ガス改質装置２０と接続される攪拌容器１６内に改質用燃料Ｆｒを噴射し、ここで十分に改質用燃料Ｆｒを攪拌してから、改質用燃料Ｆｒを前記排ガスＥｘへ供給する。前記攪拌容器１６には改質用燃料噴射弁２が取り付けられている。改質用燃料噴射弁２には、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１から改質用燃料通路７２を介して改質用燃料Ｆｒが供給される。そして、改質用燃料噴射弁２は、攪拌容器１６内へ改質用燃料Ｆｒを供給し、改質用燃料Ｆｒは攪拌容器１６内で十分に攪拌される。これによって、改質用燃料Ｆｒと改質に供する排ガスＥｘとが混合しやすくなる。   In the present embodiment, when supplying the reforming fuel Fr to the exhaust gas Ex to be reformed, the reforming fuel Fr is injected into the stirring vessel 16 connected to the exhaust gas reforming device 20, After the reforming fuel Fr is sufficiently stirred, the reforming fuel Fr is supplied to the exhaust gas Ex. A reforming fuel injection valve 2 is attached to the stirring vessel 16. The reforming fuel Fr is supplied to the reforming fuel injection valve 2 from the feed pump 71 in the fuel tank 70 through the reforming fuel passage 72. The reforming fuel injection valve 2 supplies the reforming fuel Fr into the stirring container 16, and the reforming fuel Fr is sufficiently stirred in the stirring container 16. This facilitates mixing of the reforming fuel Fr and the exhaust gas Ex used for reforming.

ここで、攪拌容器１６は、高温にさらされる排ガス改質装置２０の近傍に配置されているため、攪拌容器１６に取り付けられる改質用燃料噴射弁２は高温にさらされて、耐久性が低下するおそれがある。このため、攪拌容器１６は、排ガスＥｘの温度を冷却する排ガス冷却手段を備える。排ガス冷却手段としては、例えば、ウォータージャケットを用い、これを攪拌容器１６に取り付ける。これによって、攪拌容器１６を冷却して、改質用燃料噴射弁２の昇温を抑制し、改質用燃料噴射弁２の耐久性低下を抑制する。   Here, since the stirring vessel 16 is disposed in the vicinity of the exhaust gas reforming apparatus 20 exposed to a high temperature, the reforming fuel injection valve 2 attached to the stirring vessel 16 is exposed to a high temperature, resulting in a decrease in durability. There is a risk. For this reason, the stirring vessel 16 includes exhaust gas cooling means for cooling the temperature of the exhaust gas Ex. As the exhaust gas cooling means, for example, a water jacket is used and attached to the stirring vessel 16. As a result, the stirring vessel 16 is cooled, the temperature rise of the reforming fuel injection valve 2 is suppressed, and a decrease in the durability of the reforming fuel injection valve 2 is suppressed.

攪拌容器１６は、排ガス改質装置２０へ改質用の排ガスＥｘが供給される経路上（本実施形態では、改質用混合気溜め２３Ｉ）へ接続されており、攪拌容器１６内で攪拌された改質用燃料Ｆｒは、改質に供される排ガスＥｘへ供給される。本実施形態においては、排ガス改質装置２０が備える改質室２４の排ガス入口に配置される改質用混合気溜め２３Ｉ内に導入された排ガスＥｘへ、改質用燃料Ｆｒが供給される。そして、改質用混合気溜め２３Ｉでは、改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとが混合されて、改質用混合気Ｇｍｒが形成される。なお、本実施形態において、改質用燃料Ｆｒは、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ供給される内燃機関用燃料Ｆｅの一部であり、内燃機関１の運転条件や改質触媒の温度等に応じて改質用燃料Ｆｒの噴射量Ｑｆｒが決定される。 The stirring container 16 is connected to a path (in this embodiment, a reforming gas reservoir 23I) through which the exhaust gas Ex for reforming is supplied to the exhaust gas reforming apparatus 20, and is stirred in the stirring container 16. The reforming fuel Fr is supplied to the exhaust gas Ex used for reforming. In the present embodiment, the reforming fuel Fr is supplied to the exhaust gas Ex introduced into the reforming gas mixture 23I disposed at the exhaust gas inlet of the reforming chamber 24 provided in the exhaust gas reforming apparatus 20. In the reforming gas mixture reservoir 23I, the reforming fuel Fr and the exhaust gas Ex are mixed to form the reforming gas mixture Gmr. In the present embodiment, the reforming fuel Fr is a part of the internal combustion engine fuel Fe supplied to the cylinders 1s 1 to 1s 4 of the internal combustion engine 1, and the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the reforming catalyst. The injection amount Qfr of the reforming fuel Fr is determined according to the temperature and the like.

排ガスＥｘに改質用燃料Ｆｒを供給することにより、改質用燃料Ｆｒは液体から気体に相変化し、これによって、体積が膨張する。また、排ガス通路９内の排ガスＥｘは、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4からのブローダウン圧と排ガス通路９内における共鳴によって常に変動している。このため、改質用混合気Ｇｍｒが排ガス通路９へ逆流して、浄化触媒へ流入する排ガスＥｘ中の未燃の炭化水素が増加する結果、エミッションが悪化するおそれがある。また、改質用混合気Ｇｍｒが排ガス通路９へ逆流する結果、改質に供される燃料が減少して改質ガスＥｘｒの生成量が減少する結果、内燃機関１の燃料消費の悪化を招くおそれもある。 By supplying the reforming fuel Fr to the exhaust gas Ex, the reforming fuel Fr undergoes a phase change from a liquid to a gas, whereby the volume expands. Further, the exhaust gas Ex in the exhaust gas passage 9 constantly fluctuates due to the blowdown pressure from each cylinder 1 s 1 to 1 s 4 of the internal combustion engine 1 and the resonance in the exhaust gas passage 9. For this reason, the reforming air-fuel mixture Gmr flows backward to the exhaust gas passage 9, and as a result, unburned hydrocarbons in the exhaust gas Ex flowing into the purification catalyst increase, so that the emission may be deteriorated. Further, as a result of the reforming gas mixture Gmr flowing back to the exhaust gas passage 9, the amount of fuel used for reforming decreases and the amount of reformed gas Exr generated decreases, resulting in a deterioration in fuel consumption of the internal combustion engine 1. There is also a fear.

本実施形態に係る排ガス改質装置２０及び排ガス改質システム１００のように、排ガス改質装置２０が備える改質室２４の入口側に改質用混合気溜め２３Ｉを設けることにより、改質用混合気Ｇｍｒが排ガス通路９へ逆流することを抑制できる。これによって、エミッションの悪化や、内燃機関１の燃料消費悪化を効果的に抑制することができる。また、改質用混合気溜め２３Ｉがいわゆるレゾネータの役割を果たすため、内燃機関１の排気音を低減する効果も得られる。ここで、排ガス通路９へ逆流する改質用混合気Ｇｍｒの量を抑制する観点からは、改質用混合気溜め２３Ｉの体積は、改質用燃料Ｆｒを改質に供する排ガスに噴射したときに改質用燃料Ｆｒ気化して得られた気化燃料ガスの２倍〜３倍以上とすることが好ましい。   Like the exhaust gas reforming apparatus 20 and the exhaust gas reforming system 100 according to the present embodiment, the reforming gas reservoir 23I is provided on the inlet side of the reforming chamber 24 provided in the exhaust gas reforming apparatus 20, whereby the reforming gas reservoir 23I is provided. It is possible to suppress the mixture Gmr from flowing back into the exhaust gas passage 9. Thereby, the deterioration of the emission and the deterioration of the fuel consumption of the internal combustion engine 1 can be effectively suppressed. In addition, since the reforming gas mixture reservoir 23I serves as a so-called resonator, an effect of reducing the exhaust noise of the internal combustion engine 1 can also be obtained. Here, from the viewpoint of suppressing the amount of the reforming gas mixture Gmr flowing back to the exhaust gas passage 9, the volume of the reforming gas reservoir 23I is determined when the reforming fuel Fr is injected into the exhaust gas for reforming. Further, it is preferable that the vaporized fuel gas obtained by vaporizing the reforming fuel Fr is 2 to 3 times or more.

また、改質用混合気溜め２３Ｉは、排ガス通路９の近傍に、好ましくは排ガス通路９に併設することが好ましい。これによって、改質用混合気溜め２３Ｉ内における改質用混合気Ｇｍｒの温度低下を抑制して、改質効率の低下を効果的に抑制できる。さらに、改質用混合気溜め２３Ｉを断熱材で覆うことにより、改質用混合気溜め２３Ｉ内における改質用混合気Ｇｍｒの温度低下をより効果的に抑制できるので、改質効率の低下をさらに抑制できる。   Further, the reforming gas mixture reservoir 23I is preferably provided in the vicinity of the exhaust gas passage 9, preferably in the exhaust gas passage 9. Thereby, the temperature drop of the reforming gas mixture Gmr in the reforming gas reservoir 23I can be suppressed, and the reduction in reforming efficiency can be effectively suppressed. Furthermore, by covering the reforming gas reservoir 23I with a heat insulating material, the temperature drop of the reforming gas mixture Gmr in the reforming gas reservoir 23I can be more effectively suppressed, so that the reforming efficiency can be reduced. Further suppression is possible.

図３−１、図３−２は、本実施形態に係る排ガス改質装置が備える改質室の構成を示す説明図である。図３−２は、図３−１の排ガスＥｘの導入側（図３−１のＩＮ側）から排ガス改質装置２０を見た状態を示している。改質用混合気溜め２３Ｉ内で生成された改質用混合気Ｇｍｒは、排ガス改質装置２０が備える改質触媒で改質される。本実施形態に係る排ガス改質装置２０が備える改質室２４は、改質に供されない排ガスＥｘが通過する主排ガス通路２４Ｐを複数備える。そして、隣接する主排ガス通路２４Ｐの間、及び改質室２４の内面と主排ガス通路２４Ｐの外面との間に形成される空間が、改質通路２４Ｒとなる。改質通路２４Ｒには、改質触媒が備えられる。例えば、主排ガス通路２４Ｐの表面や改質室２４の内面に改質触媒を担持させて、改質通路２４Ｒに改質触媒を備えるようにする。   FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams illustrating the configuration of the reforming chamber provided in the exhaust gas reforming apparatus according to the present embodiment. 3-2 shows a state in which the exhaust gas reformer 20 is viewed from the exhaust gas Ex introduction side (IN side in FIG. 3A) of FIG. 3A. The reforming gas mixture Gmr generated in the reforming gas reservoir 23I is reformed by the reforming catalyst provided in the exhaust gas reforming device 20. The reforming chamber 24 provided in the exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment includes a plurality of main exhaust gas passages 24P through which the exhaust gas Ex not subjected to reforming passes. A space formed between the adjacent main exhaust gas passages 24P and between the inner surface of the reforming chamber 24 and the outer surface of the main exhaust gas passage 24P becomes the reforming passage 24R. A reforming catalyst is provided in the reforming passage 24R. For example, the reforming catalyst is carried on the surface of the main exhaust gas passage 24P or the inner surface of the reforming chamber 24, and the reforming catalyst 24R is provided with the reforming catalyst.

排ガス導入通路２１から改質用混合気溜め２３Ｉの排ガス入口２３ＩＯを通って改質用混合気溜め２３Ｉ内に導入された排ガスＥｘには、改質用燃料Ｆｒが供給されて改質用混合気Ｇｍｒが形成される。この改質用混合気Ｇｍｒは、改質室入口（排ガス入口）２４Ｉから、改質室入口（排ガス入口）２４Ｉに設けられる改質室２４内に導入される。改質室２４内を貫通する主排ガス通路２４Ｐには、改質に供されない（すなわち改質用混合気溜め２３Ｉへ導入されない）排ガスＥｘが導入され、この排ガスＥｘが主排ガス通路２４Ｐを通過する際に、改質に必要な熱を主排ガス通路２４Ｐの壁面を介して改質用混合気Ｇｍｒに供給する。そして、改質用混合気Ｇｍｒが改質室２４内の改質通路２４Ｒを通過する際に、改質用混合気Ｇｍｒが改質されて改質ガスＥｘｒとなる。   The reforming fuel Fr is supplied to the exhaust gas Ex introduced into the reforming gas mixture 23I from the exhaust gas introduction passage 21 through the exhaust gas inlet 23IO of the reforming gas mixture 23I, and the reforming gas mixture is supplied. Gmr is formed. The reforming gas mixture Gmr is introduced from the reforming chamber inlet (exhaust gas inlet) 24I into the reforming chamber 24 provided at the reforming chamber inlet (exhaust gas inlet) 24I. Exhaust gas Ex that is not subjected to reforming (that is, not introduced into the reforming gas reservoir 23I) is introduced into the main exhaust gas passage 24P that penetrates the reforming chamber 24, and this exhaust gas Ex passes through the main exhaust gas passage 24P. At this time, heat necessary for reforming is supplied to the reforming gas mixture Gmr through the wall surface of the main exhaust gas passage 24P. When the reforming gas mixture Gmr passes through the reforming passage 24R in the reforming chamber 24, the reforming gas mixture Gmr is reformed to become the reformed gas Exr.

生成された改質ガスＥｘｒは、改質室出口（改質ガス出口）２４Ｅから、改質室出口（改質ガス出口）２４Ｅに設けられる改質ガス溜め２３Ｅに放出される。改質ガス溜め２３Ｅには、ガス還流通路１０が接続されている。すなわち、排ガス改質装置２０の改質室２４は、改質ガス溜め２３Ｅを介してガス設けることにより、ガス還流通路１０と接続される。本実施形態に係る排ガス改質装置２０のように、生成された改質ガスＥｘｒを一時的に溜めておく改質ガス溜め２３Ｅを備えることにより、改質室出口２４Ｅにおける背圧を小さくできるので、生成された改質ガスＥｘｒを効率よくガス還流通路１０へ流すことができる。改質ガス溜め２３Ｅの体積は、改質用燃料Ｆｒを改質に供する排ガスに噴射したときに改質用燃料Ｆｒ気化して得られた気化燃料ガスの２倍〜３倍以上とすることが好ましい。   The generated reformed gas Exr is discharged from the reforming chamber outlet (reformed gas outlet) 24E to the reformed gas reservoir 23E provided at the reforming chamber outlet (reformed gas outlet) 24E. A gas recirculation passage 10 is connected to the reformed gas reservoir 23E. That is, the reforming chamber 24 of the exhaust gas reforming apparatus 20 is connected to the gas recirculation passage 10 by providing gas through the reformed gas reservoir 23E. Since the reformed gas reservoir 23E that temporarily stores the generated reformed gas Exr is provided as in the exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment, the back pressure at the reforming chamber outlet 24E can be reduced. The generated reformed gas Exr can be efficiently flowed to the gas recirculation passage 10. The volume of the reformed gas reservoir 23E may be 2 to 3 times the vaporized fuel gas obtained by vaporizing the reforming fuel Fr when the reforming fuel Fr is injected into the exhaust gas for reforming. preferable.

これによって、改質通路２４Ｒを流れる改質用混合気Ｇｍｒが滑らかに流れるので、改質用混合気溜め２３Ｉ内の改質用混合気Ｇｍｒが排ガス通路９へ逆流することを抑制できる。なお、改質ガス溜め２３Ｅの周辺機器に対する熱害を抑制するため、改質ガス溜め２３Ｅを断熱材で覆ったり、ウォータージャケット等の冷却手段を改質ガス溜め２３Ｅに取り付けたりしてもよい。   As a result, the reforming gas mixture Gmr flowing through the reforming passage 24R flows smoothly, so that the reforming gas mixture Gmr in the reforming gas reservoir 23I can be prevented from flowing back into the exhaust gas passage 9. In order to suppress thermal damage to peripheral equipment of the reformed gas reservoir 23E, the reformed gas reservoir 23E may be covered with a heat insulating material, or a cooling means such as a water jacket may be attached to the reformed gas reservoir 23E.

ここで、本実施形態において、例えば、主排ガス通路２４Ｐの内面に浄化触媒（例えば、三元触媒）を担持する等の手法によって、主排ガス通路２４Ｐの内部には浄化触媒を設けてもよい。このようにすることで、改質通路２４Ｒに導かれない排ガスＥｘの熱を改質触媒へ与えることができるので、改質触媒の温度（以下改質触媒温度という）を、活性温度Ｔａ以上に保持しやすくなる。その結果、改質通路２４Ｒ内を流れる改質用混合気Ｇｍｒの改質効率を向上させ、効率的に改質用混合気Ｇｍｒを改質して水素を含む改質ガスＥｘｒを生成することができる。なお、浄化触媒は、内燃機関１と排ガス改質装置２０との間における排ガス通路９に設けてもよいし、排ガス改質装置２０の後流、すなわち、排ガス改質装置２０を通過した後の改質に供さない排ガスが通過する排ガスの通路に設けてもよい。   Here, in the present embodiment, for example, a purification catalyst may be provided inside the main exhaust gas passage 24P by a method of carrying a purification catalyst (for example, a three-way catalyst) on the inner surface of the main exhaust gas passage 24P. In this way, the heat of the exhaust gas Ex that is not guided to the reforming passage 24R can be given to the reforming catalyst, so that the temperature of the reforming catalyst (hereinafter referred to as the reforming catalyst temperature) is set to the activation temperature Ta or higher. It becomes easy to hold. As a result, it is possible to improve the reforming efficiency of the reforming gas mixture Gmr flowing in the reforming passage 24R and efficiently reform the reforming gas mixture Gmr to generate the reformed gas Exr containing hydrogen. it can. Note that the purification catalyst may be provided in the exhaust gas passage 9 between the internal combustion engine 1 and the exhaust gas reforming device 20, or after the exhaust gas reforming device 20, that is, after passing through the exhaust gas reforming device 20. You may provide in the channel | path of the waste gas through which the waste gas which does not use for reforming passes.

排ガス改質装置２０には、改質触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ４４が取り付けられる。改質触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は高くなる。   A reforming catalyst bed temperature sensor 44 is attached to the exhaust gas reforming device 20 in order to measure the temperature of the reforming catalyst. Since it is difficult to measure the temperature of the reforming catalyst itself, the temperature of the catalyst bed carrying the reforming catalyst is measured to obtain the reforming catalyst temperature. When the reforming catalyst temperature is low, the hydrogen concentration in the reformed gas Exr is low, and the hydrogen concentration in the reformed gas Exr increases as the reforming catalyst temperature increases.

このため、改質触媒温度が活性温度Ｔａ以上になってから、排ガスＥｘの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ４４により改質触媒温度を監視する。本実施形態において、改質触媒には、例えば、ロジウム（Ｒｈ）系の触媒や、ロジウム（Ｒｈ）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とを組み合わせた触媒等が用いられ、改質用燃料がガソリンで、ロジウム系の改質触媒を用いる場合、活性温度Ｔａは約６００℃（６００℃〜７００℃）程度である。 For this reason, the reforming catalyst temperature is monitored by the reforming catalyst bed temperature sensor 44 so that the reforming of the exhaust gas Ex is started after the reforming catalyst temperature becomes equal to or higher than the activation temperature Ta. In this embodiment, the reforming catalyst is, for example, a rhodium (Rh) -based catalyst or a combination of rhodium (Rh) and alumina (Al 2 O 3 ), and the reforming fuel is gasoline. When a rhodium-based reforming catalyst is used, the activation temperature Ta is about 600 ° C. (600 ° C. to 700 ° C.).

排ガス改質装置２０の改質室２４と吸気通路３とは、改質ガス溜め２３Ｅに接続されたガス還流通路１０によって接続される。ガス還流通路１０は、排ガスＥｘ又は改質ガスＥｘｒを、内燃機関１の吸気側、すなわち吸気通路３へ還流させる。これによって、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4の燃焼室へ改質ガスＥｘｒを還流させる。ガス還流通路１０にはガス冷却器１２が設けられており、改質ガスＥｘｒを冷却する。また、ガス冷却器１２とガス還流通路１０の出口１０ｏとの間には、還流流量調整手段である還流流量調整弁５が設けられており、機関ＥＣＵ５０からの指令により、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量を調整する。 The reforming chamber 24 and the intake passage 3 of the exhaust gas reforming apparatus 20 are connected by a gas recirculation passage 10 connected to the reformed gas reservoir 23E. The gas recirculation passage 10 recirculates the exhaust gas Ex or the reformed gas Exr to the intake side of the internal combustion engine 1, that is, the intake passage 3. As a result, the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chambers of the cylinders 1 s 1 to 1 s 4 of the internal combustion engine 1. A gas cooler 12 is provided in the gas recirculation passage 10 to cool the reformed gas Exr. Further, a reflux flow rate adjusting valve 5 as a reflux flow rate adjusting means is provided between the gas cooler 12 and the outlet 10o of the gas reflux passage 10 and is caused to return to the intake passage 3 in response to a command from the engine ECU 50. The flow rate of the reformed gas Exr is adjusted.

本実施形態において、改質ガスＥｘｒは内燃機関１の吸気通路３へ一括で還流させているが、還流流量調整弁５を内燃機関１の気筒１ｓ1〜１ｓ4毎に設け、各気筒１ｓ1〜１ｓ4それぞれに対して個別に改質ガスＥｘｒを還流させてもよい。なお、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量は、還流流量調整弁５の開度、開弁時間によって調整される。 In this embodiment, the reformed gas Exr is refluxed at once to the intake passage 3 of the internal combustion engine 1, provided with a reflux flow control valve 5 for each cylinder 1s 1 ~1s 4 of the internal combustion engine 1, each cylinder 1s 1 The reformed gas Exr may be refluxed individually for each of ˜1s 4 . The flow rate of the reformed gas Exr to be recirculated to the intake passage 3 is adjusted by the opening degree of the recirculation flow rate adjusting valve 5 and the valve opening time.

本実施形態においては、ガス冷却器１２の出口に、排ガス改質装置２０に向かう改質ガスＥｘｒの流れを抑える逆止弁１５が設けられており、改質ガスＥｘｒの逆流を抑制する。また、逆止弁１５と還流流量調整弁５との間には、脈動低減容器１４が設けられている。ガス還流通路１０は、排ガス改質装置２０の改質通路を介して排ガス通路９とつながっているため、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの脈動の影響によって改質ガスＥｘｒにも脈動が発生するおそれがある。その結果、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量が不正確になるおそれがある。   In the present embodiment, a check valve 15 that suppresses the flow of the reformed gas Exr toward the exhaust gas reformer 20 is provided at the outlet of the gas cooler 12 to suppress the backflow of the reformed gas Exr. Further, a pulsation reducing container 14 is provided between the check valve 15 and the reflux flow rate adjustment valve 5. Since the gas recirculation passage 10 is connected to the exhaust gas passage 9 via the reforming passage of the exhaust gas reforming device 20, pulsation is also generated in the reformed gas Exr due to the pulsation of the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1. There is a fear. As a result, the flow rate of the reformed gas Exr to be recirculated to the intake passage 3 may be inaccurate.

このため、本実施形態では、脈動低減容器１４及び逆止弁１５によって改質ガスＥｘｒの脈動を低減する。これによって、決定した流量で改質ガスＥｘｒを吸気通路３に還流させて、内燃機関１を安定して運転することができる。さらに、脈動低減容器１４により、改質ガスＥｘｒ中に含まれる水分を除去することもでき、また、改質ガスＥｘｒの脈動低減により、ガス冷却器１２の保護も期待できる。次に、排ガス改質装置２０での改質反応を説明する。   For this reason, in this embodiment, the pulsation of the reformed gas Exr is reduced by the pulsation reducing container 14 and the check valve 15. Thus, the reformed gas Exr is recirculated to the intake passage 3 at the determined flow rate, and the internal combustion engine 1 can be operated stably. Further, the moisture contained in the reformed gas Exr can be removed by the pulsation reducing container 14, and protection of the gas cooler 12 can be expected by reducing the pulsation of the reformed gas Exr. Next, the reforming reaction in the exhaust gas reforming apparatus 20 will be described.

改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒは、排ガス改質装置２０の改質通路の内面に設けられる改質触媒により、式（１）に示す改質反応により改質されて改質ガスＥｘｒとなる。
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３Ｃ7.6Ｈ13.6＋４１２２ｋＪ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2・・・（１） The reforming mixture Gmr of the reforming fuel Fr and the exhaust gas Ex is reformed by the reforming reaction shown in the equation (1) by the reforming catalyst provided on the inner surface of the reforming passage of the exhaust gas reforming device 20. Thus, the reformed gas Exr is obtained.
1.56 (7.6CO 2 + 6.8H 2 O + 40.8N 2) + 3C 7.6 H 13.6 + 4122kJ → 31H 2 + 34.7CO + 63.6N 2 ··· (1)

ここで、左辺第１項が排ガスＥｘ、左辺第２項が燃料（炭化水素ＣＨであり、本実施形態ではガソリン）、右辺が改質ガスＥｘｒを示す。右辺の改質ガスＥｘｒに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して２４ｖｏｌ％である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスＥｘの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスＥｘが改質されるため、内燃機関１に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスＥｘの熱を吸収した分だけ内燃機関１での燃焼における発熱量が増加する。   Here, the first term on the left side represents the exhaust gas Ex, the second term on the left side represents fuel (hydrocarbon CH, gasoline in the present embodiment), and the right side represents the reformed gas Exr. Hydrogen contained in the reformed gas Exr on the right side is 24 vol% with respect to the total reformed gas volume. Further, this reforming reaction is an endothermic reaction, whereby the thermal energy of the exhaust gas Ex is recovered. In this way, since the exhaust gas Ex is reformed by the endothermic reaction, even if the amount of fuel supplied to the internal combustion engine 1 is the same, the amount of heat generated in the combustion in the internal combustion engine 1 by the amount absorbed by the heat of the exhaust gas Ex. Will increase.

また、水素（Ｈ2）の発熱量は２４１．７ｋＪ／ｍｏｌであり、ガソリン（ＣＨ1.869）の発熱量は５９６．５ｋＪ／ｍｏｌである。しかし、式（１）の改質反応により、３モルのガソリン（燃料）から３１モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式（１）の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスＥｘｒの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関１の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。 The calorific value of hydrogen (H 2 ) is 241.7 kJ / mol, and the calorific value of gasoline (CH 1.869 ) is 596.5 kJ / mol. However, the reforming reaction of the formula (1) generates 31 moles of hydrogen from 3 moles of gasoline (fuel). Therefore, when the calorific value is multiplied by the change in the number of moles due to the reforming of the formula (1), the calorific value of the reformed gas Exr is greatly increased as compared with the case where gasoline alone is combusted. As a result, the output torque of the internal combustion engine 1 is increased and the fuel consumption is reduced.

排ガス改質装置２０で生成された改質ガスＥｘｒは、ガス還流通路１０を通って、吸気通路３へ導入される。改質ガスＥｘｒは、７００℃前後の高温になるため、ガス還流通路１０の途中に設けられたガス冷却器１２で冷却されてから吸気通路３へ導入される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量（還流流量）は、還流流量調整弁５で制御される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量は、内燃機関１の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関１に導入できるように決定されるが、その詳細については後述する。この場合、改質ガスＥｘｒに含まれる水素、一酸化炭素（ＣＯ）の量を考慮し、ポート噴射弁６の燃料噴射量を低減して空燃比Ａ／Ｆを最適化する。   The reformed gas Exr generated by the exhaust gas reforming apparatus 20 is introduced into the intake passage 3 through the gas recirculation passage 10. Since the reformed gas Exr becomes a high temperature around 700 ° C., it is cooled by the gas cooler 12 provided in the middle of the gas recirculation passage 10 and then introduced into the intake passage 3. The flow rate (recirculation flow rate) of the reformed gas Exr introduced into the intake passage 3 is controlled by the recirculation flow rate adjustment valve 5. The flow rate of the reformed gas Exr introduced into the intake passage 3 is determined based on the operating conditions of the internal combustion engine 1 so that the maximum reformed gas under the operating conditions can be introduced into the internal combustion engine 1. Will be described later. In this case, in consideration of the amounts of hydrogen and carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas Exr, the fuel injection amount of the port injection valve 6 is reduced to optimize the air-fuel ratio A / F.

改質ガスＥｘｒに含まれる水素（Ｈ2）は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが１／１０程度であり、最大燃焼速度が１０倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＥｘｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。内燃機関１の運転においては、排ガスＥｘを吸気側に還流させる、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実行することがある。 Hydrogen (H 2 ) contained in the reformed gas Exr has a maximum ignition energy of about 1/10 as compared with gasoline, and a maximum combustion rate of slightly less than 10 times. For this reason, hydrogen burns faster than gasoline. When the reformed gas Exr containing hydrogen obtained by the reforming reaction is supplied to the internal combustion engine 1, the combustion improvement effect is obtained by the hydrogen in the reformed gas Exr. In the operation of the internal combustion engine 1, so-called EGR (Exhaust Gas Recirculation) in which the exhaust gas Ex is recirculated to the intake side may be executed.

内燃機関１が軽負荷で運転されているときにＥＧＲを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスＥｘの環流量（ＥＧＲ量）が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関１の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。本実施形態に係る内燃機関１は、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。   If EGR is executed when the internal combustion engine 1 is operated at a light load, the pump loss is reduced and fuel consumption can be reduced. However, if the exhaust gas Ex has an excessive flow rate (EGR amount), the combustion speed becomes slow and combustion occurs. Gets worse. As a result, the output torque of the internal combustion engine 1 is lowered and drivability is deteriorated. In the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, since the reformed gas Exr containing hydrogen is recirculated to the internal combustion engine 1, even when the recirculation amount of the reformed gas Exr is increased, rapid combustion of hydrogen causes deterioration of combustion. Is suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in output torque due to deterioration in combustion and suppress deterioration in drivability.

また、内燃機関１が高負荷（例えばＷＯＴ領域での運転や負荷率で８０％程度を超える領域での運転）においてＥＧＲを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ（λ＝１）で運転できる領域が拡大する。しかし、ＥＧＲにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。本実施形態に係る内燃機関１は、排ガスＥｘだけではなく、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒ中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関１の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。   Further, if the EGR is performed when the internal combustion engine 1 is in a high load (for example, operation in the WOT region or operation in a region where the load factor exceeds about 80%), the temperature of the combustion chamber can be lowered. = 1) The range that can be operated is expanded. However, combustion may deteriorate due to EGR, output torque may decrease, and drivability may deteriorate. Since the internal combustion engine 1 according to the present embodiment recirculates not only the exhaust gas Ex but also the reformed gas Exr containing hydrogen to the internal combustion engine 1, the deterioration of combustion is suppressed by rapid combustion of the hydrogen in the reformed gas Exr. The Further, since knocking can be improved by rapid combustion of hydrogen, the ignition timing can be advanced and the output torque of the internal combustion engine 1 can be improved. As a result, it is possible to suppress a decrease in output torque due to deterioration in combustion and suppress deterioration in drivability.

図４は、本実施形態に係る排ガス改質装置が備える改質室の他の構成例を示す説明図である。図５−１は、図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す斜視図である。図５−２は、図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す正面図である。図５−３は、図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す平面図である。この排ガス改質装置２０ａは、図４、図５−１、図５−２に示すように、改質通路２５Ｒと主排ガス通路２５Ｃとが互いに交差（この例では直交）して形成された改質用構造体２５を、改質室２４に備えるようにしてもよい。次に、改質用構造体２５について説明する。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing another configuration example of the reforming chamber provided in the exhaust gas reforming apparatus according to the present embodiment. FIG. 5-1 is a perspective view showing a reforming structure provided in the reforming chamber shown in FIG. FIG. 5-2 is a front view showing the reforming structure provided in the reforming chamber shown in FIG. FIG. 5C is a plan view of the reforming structure provided in the reforming chamber illustrated in FIG. 4. As shown in FIGS. 4, 5-1, and 5-2, the exhaust gas reforming apparatus 20a has a reformed structure formed by intersecting the reforming passage 25R and the main exhaust passage 25C (in this example, orthogonal). The quality structure 25 may be provided in the reforming chamber 24. Next, the reforming structure 25 will be described.

図４に示すように、排ガス改質装置２０ａは、改質用混合気溜め２３Ｉと改質ガス溜め２３Ｅとの間に配置される改質室２４に、改質用構造体２５が備えられる。改質用構造体２５の改質用混合気入口２５Ｉから改質用混合気溜め２３Ｉ内の改質用混合気Ｇｍｒが導入されて改質され、改質用構造体２５の改質ガス出口２５Ｅから改質ガス溜め２３Ｅへ改質ガスＥｘｒが放出される。   As shown in FIG. 4, in the exhaust gas reforming apparatus 20a, a reforming structure 25 is provided in a reforming chamber 24 disposed between a reforming gas reservoir 23I and a reformed gas reservoir 23E. The reforming gas mixture Gmr in the reforming gas mixture reservoir 23I is introduced from the reforming gas mixture inlet 25I of the reforming structure 25 and reformed, and the reformed gas outlet 25E of the reforming structure 25 is reformed. The reformed gas Exr is released from the reformed gas reservoir 23E.

図５−１、図５−２に示すように、改質用構造体２５には、複数の主排ガス通路２５Ｃ及び改質通路２５Ｒが設けられる。主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとは互いに直交して配置される。改質通路２５Ｒ内には改質触媒が担持され、改質用混合気入口２５Ｉから導入される改質用混合気Ｇｍｒは、改質通路２５Ｒを通過する間に改質されて、改質ガス出口２５Ｅから放出される。改質に供されない排ガスＥｘは主排ガス通路２５Ｃを通過して、その過程で改質通路２５Ｒ内の改質用混合気Ｇｍｒに改質に必要な熱を供給する。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the reforming structure 25 is provided with a plurality of main exhaust gas passages 25C and reforming passages 25R. The main exhaust gas passage 25C and the reforming passage 25R are disposed orthogonal to each other. A reforming catalyst is supported in the reforming passage 25R, and the reforming mixture Gmr introduced from the reforming mixture inlet 25I is reformed while passing through the reforming passage 25R, and the reformed gas Released from the outlet 25E. The exhaust gas Ex not subjected to reforming passes through the main exhaust gas passage 25C, and in the process, supplies heat necessary for reforming to the reforming gas mixture Gmr in the reforming passage 25R.

また、主排ガス通路２５Ｃの内部（排ガスＥｘが通過する部分）に浄化触媒を担持して、改質に供されない排ガスＥｘが主排ガス通路２５Ｃを通過する間に、前記排ガスＥｘを浄化してもよい。この改質用構造体２５は、主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとが共通の構造体に形成される。このようにすることで、改質用構造体２５の強度を向上させることができ、また、組み立ても不要になるので、改質用構造体２５の製造を簡略化することができる。   Further, even if the purification catalyst is supported inside the main exhaust gas passage 25C (portion through which the exhaust gas Ex passes) and the exhaust gas Ex not subjected to reforming passes through the main exhaust gas passage 25C, the exhaust gas Ex is purified. Good. In the reforming structure 25, the main exhaust gas passage 25C and the reforming passage 25R are formed in a common structure. By doing so, the strength of the reforming structure 25 can be improved, and assembly is not required, so that the manufacture of the reforming structure 25 can be simplified.

図６−１は、本実施形態の第１変形例に係る排ガス改質装置の構成を示す説明図である。この排ガス改質装置２０ｂは、排ガス導入通路２１に突起部２２Ｔが形成される。突起部２２Ｔは、排ガス導入通路２１の排ガス入口２１Ｉと排ガス出口２１Ｅ（改質用混合気溜め２３Ｉの排ガス入口２３ＩＯと同じ）との間に設けられる。突起部２２Ｔは、排ガス導入通路２１を形成する仕切り部材２２に形成されるが、排ガス通路９に突起部を形成してもよい。なお、排ガス通路９に突起部を形成する場合と比較すると、仕切り部材２２に突起部２２Ｔを形成する方が容易である。この突起部２２Ｔを設けることにより、排ガス導入通路２１には絞りが形成されるので、改質用混合気溜め２３Ｉから排ガス通路９へ逆流する改質用混合気Ｇｍｒの量を抑制することができる。その結果、エミッションの悪化や、内燃機関１（図１参照）の燃料消費悪化を効果的に抑制することができる。   FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating a configuration of an exhaust gas reforming apparatus according to a first modification of the present embodiment. In the exhaust gas reforming apparatus 20b, a protrusion 22T is formed in the exhaust gas introduction passage 21. The protrusion 22T is provided between the exhaust gas inlet 21I of the exhaust gas introduction passage 21 and the exhaust gas outlet 21E (same as the exhaust gas inlet 23IO of the reforming gas mixture 23I). The protrusion 22T is formed in the partition member 22 that forms the exhaust gas introduction passage 21, but a protrusion may be formed in the exhaust gas passage 9. Note that it is easier to form the protrusion 22T on the partition member 22 than when the protrusion is formed in the exhaust gas passage 9. By providing the projection 22T, a restriction is formed in the exhaust gas introduction passage 21, so that the amount of the reforming mixture Gmr that flows backward from the reforming mixture reservoir 23I to the exhaust gas passage 9 can be suppressed. . As a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of emissions and the deterioration of fuel consumption of the internal combustion engine 1 (see FIG. 1).

図６−２は、本実施形態の第２変形例に係る排ガス改質装置の構成を示す説明図である。この排ガス改質装置２０ｃは、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成する。排ガス導入通路２１は、中空状の排ガス導入通路筐体２６を排ガス通路９の外側に取り付けることにより構成される。改質に供される排ガスは、排ガス通路９に設けられた排ガス取出口９ｈから排ガス導入通路２１内へ導入される。排ガス導入通路２１の排ガス入口２１Ｉ（排ガス取出口９ｈと同じ）と排ガス出口２１Ｅ（改質用混合気溜め２３Ｉの排ガス入口２３ＩＯと同じ）との間には、突起部２６Ｔが形成される。この突起部２６Ｔを設ける必要は必ずしもないが、この突起部２６Ｔを設けることにより、排ガス導入通路２１には絞りが形成されるので、改質用混合気溜め２３Ｉから排ガス通路９へ逆流する改質用混合気Ｇｍｒの量を抑制することができる。その結果、エミッションの悪化や、内燃機関１（図１参照）の燃料消費悪化を効果的に抑制することができる。   6-2 is explanatory drawing which shows the structure of the exhaust gas reforming apparatus which concerns on the 2nd modification of this embodiment. The exhaust gas reforming device 20 c forms an exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9. The exhaust gas introduction passage 21 is configured by attaching a hollow exhaust gas introduction passage housing 26 to the outside of the exhaust gas passage 9. Exhaust gas to be reformed is introduced into the exhaust gas introduction passage 21 from an exhaust gas outlet 9 h provided in the exhaust gas passage 9. A projection 26T is formed between the exhaust gas inlet 21I (same as the exhaust gas outlet 9h) of the exhaust gas introduction passage 21 and the exhaust gas outlet 21E (same as the exhaust gas inlet 23IO of the reforming gas mixture reservoir 23I). Although it is not always necessary to provide the projection 26T, since the throttle is formed in the exhaust gas introduction passage 21 by providing the projection 26T, the reforming that flows backward from the reforming gas reservoir 23I to the exhaust gas passage 9 is performed. The amount of the air-fuel mixture Gmr can be suppressed. As a result, it is possible to effectively suppress the deterioration of emissions and the deterioration of fuel consumption of the internal combustion engine 1 (see FIG. 1).

本変形例では、排ガス導入通路２１と改質用混合気溜め２３Ｉとを一体として構成してある。これにより、排ガス導入通路筐体２６を排ガス通路９の外側に取り付けて排ガス導入通路２１を形成する場合には、部品点数を削減できるという利点がある。また、排ガス通路９の外側へ排ガス導入通路筐体２６を取り付ける構造は、排ガス通路９内へ排ガス通路を形成する構造と比較して、排ガス導入通路２１を形成する作業が容易になるという利点もある。なお、排ガス導入通路２１と改質用混合気溜め２３Ｉとは、別個の構造体として構成してもよい。このようにすれば、排ガス導入通路２１、改質用混合気溜め２３Ｉの設計の自由度が向上するので、より高い改質効率や車両への搭載性を追求した設計が可能になる。   In this modification, the exhaust gas introduction passage 21 and the reforming gas mixture reservoir 23I are integrally configured. Thus, when the exhaust gas introduction passage housing 26 is attached to the outside of the exhaust gas passage 9 to form the exhaust gas introduction passage 21, there is an advantage that the number of parts can be reduced. In addition, the structure in which the exhaust gas introduction passage housing 26 is attached to the outside of the exhaust gas passage 9 has an advantage that the operation of forming the exhaust gas introduction passage 21 is easier than the structure in which the exhaust gas passage 9 is formed in the exhaust gas passage 9. is there. The exhaust gas introduction passage 21 and the reforming gas mixture reservoir 23I may be configured as separate structures. By doing so, the degree of freedom in designing the exhaust gas introduction passage 21 and the reforming gas reservoir 23I is improved, so that it is possible to design in pursuit of higher reforming efficiency and mountability on the vehicle.

本変形例では、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成することにより、排ガス導入通路２１を排ガス通路９とは別個に設けるよりも外気との接触面積を小さくでき、また、排ガス通路９を流れる改質に供さない排ガスＥｘからの受熱も可能になる。これによって、改質に供する排ガスＥｘの温度低下を効果的に抑制できるので、排ガス改質装置２０ｂ内での改質効率低下を抑制することができる。排ガス通路９と排ガス導入通路２１とは、排ガス通路９の通路壁を隔てているだけなので、改質に供さない排ガスＥｘから排ガス導入通路２１内を流れる排ガスへ効果的に熱を供給することができる。   In this modification, by forming the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9, the contact area with the outside air can be made smaller than providing the exhaust gas introduction passage 21 separately from the exhaust gas passage 9. It is also possible to receive heat from the exhaust gas Ex that is not subjected to reforming flowing through the exhaust gas. Thereby, since the temperature drop of the exhaust gas Ex to be used for reforming can be effectively suppressed, it is possible to suppress the reduction in reforming efficiency in the exhaust gas reforming apparatus 20b. Since the exhaust gas passage 9 and the exhaust gas introduction passage 21 merely separate the passage wall of the exhaust gas passage 9, heat is effectively supplied from the exhaust gas Ex that is not used for reforming to the exhaust gas flowing through the exhaust gas introduction passage 21. Can do.

さらに、排ガス通路９に沿って排ガス導入通路２１を形成することにより、排ガス導入通路２１を排ガス通路９とは別個に設ける必要はないので、排ガス導入通路２１を設けるためのスペースをコンパクトにすることができ、車両搭載時等における設置の自由度が向上するここで、排ガス導入通路筐体２６からの放熱を抑制するため、排ガス導入通路筐体２６（改質用混合気溜め２３Ｉの部分も含む）を断熱材で覆うことが好ましい。このようにすることで、排ガス導入通路筐体２６からの放熱を抑制できるので、改質用混合気溜め２３Ｉ内における改質用混合気Ｇｍｒの温度低下を抑制して、改質効率の低下を効果的に抑制できる。   Further, by forming the exhaust gas introduction passage 21 along the exhaust gas passage 9, it is not necessary to provide the exhaust gas introduction passage 21 separately from the exhaust gas passage 9, so that the space for providing the exhaust gas introduction passage 21 is made compact. In order to suppress heat radiation from the exhaust gas introduction passage housing 26, the exhaust gas introduction passage housing 26 (including the reforming gas reservoir 23I is included). ) Is preferably covered with a heat insulating material. In this way, since heat radiation from the exhaust gas introduction passage housing 26 can be suppressed, the temperature reduction of the reforming gas mixture Gmr in the reforming gas mixture reservoir 23I can be suppressed, and the reforming efficiency can be reduced. It can be effectively suppressed.

図７は、本実施形態に係る排ガス改質システムの運転制御例を示すフローチャートである。次の説明では、適宜図１を参照されたい。本実施形態に係る排ガス改質システム１００を運転するにあたり、まず、改質を開始する条件にあるか否かを判定する。本実施形態では、改質触媒の温度によってこれを判定するが、これの代わりに、あるいはこれに加えて、内燃機関１の運転条件や内燃機関１が排出する排ガスの温度を用いてもよい。   FIG. 7 is a flowchart showing an example of operation control of the exhaust gas reforming system according to the present embodiment. In the following description, please refer to FIG. 1 as appropriate. In operating the exhaust gas reforming system 100 according to the present embodiment, it is first determined whether or not the conditions for starting reforming are met. In the present embodiment, this is determined based on the temperature of the reforming catalyst, but instead of or in addition to this, the operating condition of the internal combustion engine 1 or the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 may be used.

機関ＥＣＵ５０の改質制御部５２は、改質触媒床温度センサ４４から改質触媒の温度（本実施形態では改質触媒床温度で代用する）を取得し、改質触媒の温度（以下改質触媒温度）Ｔｃが、改質触媒の活性温度Ｔａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。改質触媒温度Ｔｃが活性温度Ｔａよりも低い場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、改質を開始する条件にはないので、改質制御部５２は、改質を開始する条件になるまで、排ガス改質システム１００の監視を継続する。   The reforming control unit 52 of the engine ECU 50 obtains the temperature of the reforming catalyst (in this embodiment, the reforming catalyst bed temperature is substituted) from the reforming catalyst bed temperature sensor 44, and the temperature of the reforming catalyst (hereinafter referred to as reforming). It is determined whether or not (catalyst temperature) Tc is equal to or higher than the activation temperature Ta of the reforming catalyst (step S101). When the reforming catalyst temperature Tc is lower than the activation temperature Ta (step S101; No), there is no condition for starting reforming. Therefore, the reforming control unit 52 changes the exhaust gas until the condition for starting reforming is met. Continue to monitor quality system 100.

改質触媒温度Ｔｃが活性温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、改質を開始する条件のうちの一つを満たす。この場合、改質制御部５２は、内燃機関１に対するＥＧＲ量が規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。本実施形態では、改質を実行する際には、ＥＧＲの導入量を一定以上に保って、改質の効果を最大限得られるようにする。このため、内燃機関１に対するＥＧＲ量が規定値よりも小さい場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、改質制御部５２は、内燃機関１の運転条件や排ガス温度に基づいて、ＥＧＲ量が前記規定値以上になるようにＥＧＲ量を変更する（ステップＳ１０３）。これによって、ある内燃機関１の運転条件において、最大限の改質の効果が得られる。   When the reforming catalyst temperature Tc is equal to or higher than the activation temperature Ta (step S101; Yes), one of the conditions for starting reforming is satisfied. In this case, the reforming control unit 52 determines whether or not the EGR amount for the internal combustion engine 1 is greater than or equal to a specified value (step S102). In the present embodiment, when reforming is performed, the amount of EGR introduced is maintained at a certain level or more so that the effect of reforming can be maximized. For this reason, when the EGR amount for the internal combustion engine 1 is smaller than the specified value (step S102: No), the reforming control unit 52 determines that the EGR amount is equal to or greater than the specified value based on the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the exhaust gas temperature. The EGR amount is changed so as to become (step S103). As a result, the maximum reforming effect can be obtained under certain operating conditions of the internal combustion engine 1.

次に、改質制御部５２は、ＥＧＲ量に基づいて改質用燃料Ｆｒの噴射量を決定し（ステップＳ１０４）、また、内燃機関１の制御マップ（燃料噴射量や点火時期等のマップ）を改質時におけるマップに変更する（ステップＳ１０５）。そして、改質制御部５２は、還流流量調整弁５を開き、また改質用燃料噴射弁２から改質用燃料Ｆｒを噴射して改質を開始するとともに、内燃機関制御部５１は、変更した制御マップにしたがって内燃機関１の運転を制御する（ステップＳ１０６）。その後、内燃機関制御部５１は、Ａ／Ｆセンサ４５からの情報に基づいて、Ａ／Ｆ制御を実行し（ステップＳ１０７）、排ガスの浄化性能を維持する。内燃機関１に対するＥＧＲ量が規定値以上である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、一定量以上のＥＧＲ量が確保されているので、そのまま改質を実行する（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７）。   Next, the reforming control unit 52 determines the injection amount of the reforming fuel Fr based on the EGR amount (step S104), and the control map of the internal combustion engine 1 (map of fuel injection amount, ignition timing, etc.). Is changed to a map at the time of reforming (step S105). Then, the reforming control unit 52 opens the recirculation flow rate adjusting valve 5 and starts reforming by injecting the reforming fuel Fr from the reforming fuel injection valve 2, and the internal combustion engine control unit 51 changes The operation of the internal combustion engine 1 is controlled according to the control map (step S106). Thereafter, the internal combustion engine control unit 51 executes A / F control based on information from the A / F sensor 45 (step S107), and maintains the exhaust gas purification performance. If the EGR amount for the internal combustion engine 1 is equal to or greater than the specified value (step S102: Yes), the reforming is executed as it is because the EGR amount equal to or greater than a certain amount is secured (step S104 to step S107).

以上、本実施形態及びその変形例では、内燃機関が排出する排ガスの一部を改質触媒へ導く排ガス導入通路を備え、この排ガス通路を、内燃機関と排ガス改質装置とを接続する主排ガス通路に沿って設ける。これによって、改質用混合気を形成するための排ガスの温度低下を抑制できるので、この排ガスと燃料との改質用混合気の温度低下を抑制して、改質効率の低下を抑制できる。また、改質に供する排ガスの温度低下が抑制できる結果、改質触媒を必要な温度（活性温度）以上に保ちやすくなるため、改質可能な内燃機関の運転範囲が拡大する。   As mentioned above, in this embodiment and its modification, the exhaust gas introduction passage which guides a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the reforming catalyst is provided, and the exhaust gas passage is connected to the internal combustion engine and the exhaust gas reforming apparatus. Provide along the passage. As a result, the temperature reduction of the exhaust gas for forming the reforming air-fuel mixture can be suppressed, so that the temperature reduction of the reforming air-fuel mixture of the exhaust gas and fuel can be suppressed and the reduction in reforming efficiency can be suppressed. Further, as a result of suppressing the temperature drop of the exhaust gas to be reformed, the reforming catalyst can be easily maintained at a required temperature (activation temperature) or more, so that the operating range of the reformable internal combustion engine is expanded.

さらに、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できるので、改質時においては、改質に供さない排ガスの温度低下が小さくなる。これによって、排ガス改質装置の後流に浄化触媒を配置した場合には、当該浄化触媒の暖機時間を短縮できる。また、内燃機関と排ガス改質装置とを接続する排ガス通路に沿って排ガス導入通路を設けるので、前記排ガス通路や排ガス改質装置の外側を取り回す配管が不要になり、排ガス改質装置をコンパクトにできる。その結果、排ガス改質装置の車両への搭載性が向上する。   Furthermore, since the temperature drop of the exhaust gas subjected to reforming can be suppressed, the temperature drop of the exhaust gas not subjected to reforming is reduced during the reforming. Thereby, when the purification catalyst is disposed downstream of the exhaust gas reforming apparatus, the warm-up time of the purification catalyst can be shortened. In addition, since the exhaust gas introduction passage is provided along the exhaust gas passage connecting the internal combustion engine and the exhaust gas reforming device, piping around the exhaust gas passage and the exhaust gas reforming device becomes unnecessary, and the exhaust gas reforming device is compact. Can be. As a result, the mountability of the exhaust gas reforming apparatus on a vehicle is improved.

以上のように、本発明に係る排ガス改質装置及び排ガス改質システムは、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する排ガス改質に有用であり、特に、改質に供する排ガスの温度低下を抑制することに適している。   As described above, the exhaust gas reforming apparatus and the exhaust gas reforming system according to the present invention are useful for exhaust gas reforming in which fuel is supplied to exhaust gas to generate reformed gas containing hydrogen. It is suitable for suppressing the temperature drop of the exhaust gas to be provided.

本実施形態に係る排ガス改質システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas reforming system according to the present embodiment. 図１のＡ−Ａ断面であり、本実施形態に係る排ガス改質装置２０へ排ガスＥｘを導入する排ガス導入通路２１の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and showing a configuration of an exhaust gas introduction passage 21 for introducing the exhaust gas Ex to the exhaust gas reforming apparatus 20 according to the present embodiment. 排ガス導入通路の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of an exhaust gas introduction channel | path. 排ガス導入通路の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of an exhaust gas introduction channel | path. 本実施形態に係る排ガス改質装置が備える改質室の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the reforming chamber with which the exhaust gas reforming apparatus which concerns on this embodiment is provided. 本実施形態に係る排ガス改質装置が備える改質室の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the reforming chamber with which the exhaust gas reforming apparatus which concerns on this embodiment is provided. 本実施形態に係る排ガス改質装置が備える改質室の他の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other structural example of the reforming chamber with which the exhaust gas reforming apparatus which concerns on this embodiment is provided. 図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a reforming structure provided in the reforming chamber shown in FIG. 4. 図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing a reforming structure provided in the reforming chamber shown in FIG. 4. 図４に示す改質室が備える改質用構造体を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a reforming structure provided in the reforming chamber shown in FIG. 4. 本実施形態の第１変形例に係る排ガス改質装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the exhaust gas reforming apparatus which concerns on the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第２変形例に係る排ガス改質装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the exhaust gas reforming apparatus which concerns on the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態に係る排ガス改質システムの運転制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation control of the exhaust gas reforming system which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 内燃機関
２ 改質用燃料噴射弁
３ 吸気通路
５ 還流流量調整弁
９、９ａ 排ガス通路
９ｈ 排ガス取出口
９Ｉ 内管
９Ｏ 外管
１０ ガス還流通路
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 排ガス改質装置
２１ 排ガス導入通路
２２ 仕切り部材
２２Ｔ 突起部
２３ＩＯ 排ガス入口
２４ 改質室
２４Ｅ 改質室出口
２４Ｒ 改質通路
２４Ｐ 主排ガス通路
２５ 改質用構造体
２５Ｃ 主排ガス通路
２５Ｅ 改質ガス出口
２５Ｉ 改質用混合気入口
２５Ｒ 改質通路
２６Ｔ 突起部
２６ 排ガス導入通路筐体
４４ 改質触媒床温度センサ
４５ Ａ／Ｆセンサ
５０ 機関ＥＣＵ
５１ 内燃機関制御部
５２ 改質制御部
５３ 記憶部
１００ 排ガス改質システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Reforming fuel injection valve 3 Intake passage 5 Reflux flow rate adjustment valve 9, 9a Exhaust gas passage 9h Exhaust gas outlet 9I Inner tube 9O Outer tube 10 Gas recirculation passage 20, 20a, 20b, 20c Exhaust gas reformer 21 Exhaust gas Introduction passage 22 Partition member 22T Protrusion 23IO Exhaust gas inlet 24 Reforming chamber 24E Reforming chamber outlet 24R Reforming passage 24P Main exhaust gas passage 25 Reforming structure 25C Main exhaust gas passage 25E Reforming gas outlet 25I Reforming mixture inlet 25R reforming passage 26T protrusion 26 exhaust gas introduction passage housing 44 reforming catalyst bed temperature sensor 45 A / F sensor 50 engine ECU
51 internal combustion engine control unit 52 reforming control unit 53 storage unit 100 exhaust gas reforming system

Claims (10)

燃料と、内燃機関が排出する排ガスの一部との改質用混合気を改質触媒によって改質することにより、水素を含む改質ガスを生成するものであり、
改質に供されない前記排ガスが通過する主排ガス通路と、
前記改質触媒が備えられて、前記改質用混合気が通過する改質通路と、
前記内燃機関が排出する排ガスを前記主排ガス通路と前記改質触媒とへ導く排ガス通路に沿って設けられて、前記排ガスの一部を改質に供する排ガスとして前記改質通路内へ導く排ガス導入通路と、
を含むことを特徴とする排ガス改質装置。 By reforming a reforming mixture of fuel and a part of exhaust gas discharged from the internal combustion engine with a reforming catalyst, a reformed gas containing hydrogen is generated,
A main exhaust gas passage through which the exhaust gas not subjected to reforming passes;
A reforming passage provided with the reforming catalyst, through which the reforming gas mixture passes;
Exhaust gas introduction that is provided along an exhaust gas passage that guides exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the main exhaust gas passage and the reforming catalyst, and guides a part of the exhaust gas into the reforming passage as exhaust gas for reforming. A passage,
An exhaust gas reforming apparatus comprising: 前記排ガス導入通路は、前記排ガス通路の内部を仕切る仕切り部材と前記排ガス通路とで囲まれる空間で構成されることを特徴とする請求項１に記載の排ガス改質装置。   2. The exhaust gas reforming apparatus according to claim 1, wherein the exhaust gas introduction passage is configured by a space surrounded by a partition member that partitions the inside of the exhaust gas passage and the exhaust gas passage. 前記排ガス導入通路は、前記主排ガス通路の外側に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載の排ガス改質装置。   The exhaust gas reforming apparatus according to claim 1, wherein the exhaust gas introduction passage is provided along the outside of the main exhaust gas passage. 前記排ガス導入通路には、排ガス入口と排ガス出口との間に突起部が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。   The exhaust gas reforming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas introduction passage is provided with a protrusion between the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet. 前記排ガス導入通路は、断熱材で覆われることを特徴とする請求項４に記載の排ガス改質装置。   The exhaust gas reforming apparatus according to claim 4, wherein the exhaust gas introduction passage is covered with a heat insulating material. 前記改質通路の排ガス入口には、前記改質用混合気を一時的に留めておく改質用混合気溜めが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。   6. The reforming gas mixture reservoir for temporarily holding the reforming gas mixture is provided at an exhaust gas inlet of the reforming passage, according to claim 1. Exhaust gas reformer. 前記改質通路の改質ガス出口には、前記改質通路を通った改質ガスを一時的に溜めておく改質ガス溜めが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。   The reformed gas outlet of the said reforming channel | path is provided with the reformed gas reservoir which stores the reformed gas which passed through the said reforming channel | path temporarily. The exhaust gas reformer according to the item. 前記改質用混合気溜めは、断熱材で覆われることを特徴とする請求項６又は７に記載の排ガス改質装置。   The exhaust gas reforming apparatus according to claim 6 or 7, wherein the reforming gas mixture reservoir is covered with a heat insulating material. 前記主排ガス通路の内部には、前記排ガスを浄化する浄化触媒が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。   The exhaust gas reforming apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a purification catalyst for purifying the exhaust gas is provided in the main exhaust gas passage. 内燃機関と、
前記内燃機関が排出する排ガスが流れる排ガス通路の途中に設けられる請求項１〜９のいずれか１項に記載の排ガス改質装置と、
前記排ガス改質装置よって生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるガス還流通路と、
前記排ガス改質装置と前記吸気通路との間に設けられる還流流量調整手段と、
を含むことを特徴とする排ガス改質システム。 An internal combustion engine;
The exhaust gas reformer according to any one of claims 1 to 9, provided in the middle of an exhaust gas passage through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows.
A gas recirculation passage for recirculating the reformed gas generated by the exhaust gas reformer to the intake passage of the internal combustion engine;
A reflux flow rate adjusting means provided between the exhaust gas reforming device and the intake passage;
An exhaust gas reforming system comprising:
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