JP2007239690A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】改質ガスを利用して効率良く排気浄化触媒を早期活性化させること
【解決手段】所定の燃料を燃料改質装置50の燃料改質触媒51bで発熱反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関1において、排気経路40上の排気浄化装置42に、燃料改質装置50から供給された改質ガス又は/及び当該排気浄化装置42が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けている。例えば、その排気浄化装置42は、排気浄化触媒を有する排気ガス通路421aと当該排気ガス通路421aに隣接する改質ガス通路421bとが形成された排気浄化手段421を備えている。
【選択図】 図1To efficiently activate an exhaust purification catalyst early using a reformed gas, and to generate a reformed gas by exothermic reaction of a predetermined fuel with a fuel reforming catalyst 51b of a fuel reformer 50 In the internal combustion engine 1 that can be operated using the reformed gas as a fuel, the reformed gas supplied from the fuel reformer 50 and / or the exhaust gas purifier 42 is supplied to the exhaust gas purifier 42 on the exhaust path 40. An exhaust purification catalyst that can exchange heat with the fuel reforming catalyst is provided. For example, the exhaust purification device 42 includes exhaust purification means 421 in which an exhaust gas passage 421a having an exhaust purification catalyst and a reformed gas passage 421b adjacent to the exhaust gas passage 421a are formed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、炭化水素系燃料等の所定の燃料を改質して生成した改質燃料で運転可能な内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that can be operated with a reformed fuel produced by reforming a predetermined fuel such as a hydrocarbon-based fuel.
従来、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃焼室に供給し、その改質ガスで運転することによって排気ガス中のHC成分等の有害成分の低減を図る内燃機関が知られている。例えば、この種の内燃機関としては、炭化水素系燃料と空気の混合気を燃料改質装置に供給して高温の改質触媒で改質反応させ、これにより生成された水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを吸気通路に供給して燃焼室で燃焼させるものが下記の特許文献1に開示されている。尚、この特許文献1においては、改質ガスと排気ガスとの間で熱交換させる技術について開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an internal combustion engine in which a reformed gas generated from a predetermined fuel by a fuel reformer is supplied to a combustion chamber and operated with the reformed gas to reduce harmful components such as HC components in exhaust gas. It has been. For example, in this type of internal combustion engine, a mixture of hydrocarbon fuel and air is supplied to a fuel reformer and reformed by a high-temperature reforming catalyst, and hydrogen gas and carbon monoxide generated thereby are used. The following
しかしながら、そのようなエミッション性能に優れる内燃機関であっても、機関始動時から暖機運転終了までの間においては、改質ガスのみで運転しても排気ガス中の有害成分を低減させることができず、エミッション性能は改善されない、という不都合があった。特に、かかる不都合は、機関始動直後に顕著に表れる。 However, even in such an internal combustion engine with excellent emission performance, even if it is operated with only the reformed gas from the start of the engine to the end of the warm-up operation, harmful components in the exhaust gas can be reduced. There was a disadvantage that the emission performance was not improved. In particular, such inconvenience appears remarkably immediately after the engine is started.
具体的に、機関始動直後においては、燃料改質装置に供給される炭化水素系燃料の霧化不良や空気との混合不良が起こり易く、また、改質触媒の担体温度を改質反応し得る所定温度まで上昇させ難いので、炭化水素系燃料が改質触媒で改質されずに残ってしまう。従って、機関始動直後の内燃機関においては、その未改質燃料の燃焼に伴い燃焼室でHC等の有害成分が生成され、排気ガスと共に排出されてしまう。 Specifically, immediately after the engine is started, the atomization of the hydrocarbon-based fuel supplied to the fuel reformer and the poor mixing with the air are likely to occur, and the reforming reaction can be performed on the carrier temperature of the reforming catalyst. Since it is difficult to raise the temperature to a predetermined temperature, the hydrocarbon fuel remains without being reformed by the reforming catalyst. Therefore, in the internal combustion engine immediately after the engine is started, harmful components such as HC are generated in the combustion chamber with the combustion of the unreformed fuel and are discharged together with the exhaust gas.
また、一般に、一酸化炭素ガスは燃焼性に優れる水素ガスと比して燃焼速度が遅いので、改質ガス中に一酸化炭素ガスが含まれていると失火や燃焼不良を引き起こし易く、その際には一酸化炭素ガスが燃焼されずにそのまま排出されてしまう。特に、この内燃機関においては、炭化水素系燃料と空気から生成された改質ガス中に水素ガスと一酸化炭素ガスが略同等の割合で含まれているので、改質ガスと空気からなる混合気の希薄側の燃焼限界が狭く、失火や燃焼不良が起こり易い。 In general, carbon monoxide gas has a slower combustion speed than hydrogen gas, which is excellent in combustibility. If carbon monoxide gas is contained in the reformed gas, misfiring and poor combustion are likely to occur. In this case, the carbon monoxide gas is discharged without being burned. In particular, in this internal combustion engine, hydrogen gas and carbon monoxide gas are contained in the reformed gas generated from hydrocarbon fuel and air at a substantially equal ratio, so that the mixture of reformed gas and air is mixed. The combustion limit on the lean side is narrow, and misfires and poor combustion are likely to occur.
更に、機関始動直後においては、一般に、燃焼室への正確な吸入空気量が計測できないので、改質ガスと空気からなる混合気の空燃比を正確に制御することができず、その空燃比を過濃側に設定して過薄混合気による失火の防止を図らんとする。しかしながら、昨今においては空燃比を希薄側に設定しなければ強化された排気ガス規制に対応することができず、これが為、かかる設定を行う場合には、その混合気の希薄側の燃焼限界が狭いと、失火や燃焼不良が起こり易くなってしまい、一酸化炭素ガスがそのまま排出されてしまう。 Further, immediately after the engine is started, generally, an accurate intake air amount to the combustion chamber cannot be measured, so that the air-fuel ratio of the mixture of reformed gas and air cannot be accurately controlled. Set to the over-rich side to prevent misfire due to an over-thin mixture. However, in recent years, unless the air-fuel ratio is set to the lean side, it is not possible to comply with the strict exhaust gas regulations. For this reason, when such setting is performed, the combustion limit on the lean side of the mixture is limited. If it is narrow, misfires and poor combustion easily occur, and carbon monoxide gas is discharged as it is.
このように排気ガス中に有害成分が存在しているときには有害成分を排気浄化触媒で浄化させるのが一般的であるが、一般に、機関始動直後の排気浄化触媒の床温は活性温度に達していないので、機関始動直後に発生した排気ガス中の有害成分を浄化することができず、そのまま外に排出してしまう。 As described above, when harmful components are present in the exhaust gas, the harmful components are generally purified by the exhaust purification catalyst. Generally, however, the bed temperature of the exhaust purification catalyst immediately after starting the engine has reached the activation temperature. Therefore, harmful components in the exhaust gas generated immediately after starting the engine cannot be purified and are discharged outside as they are.
ここで、上記特許文献1においては改質ガスと排気浄化装置よりも上流の排気ガスとの間で熱交換させる技術について開示されているが、かかる技術は燃焼室へと吸入される改質ガスの冷却を目的にしていることからも明らかなように、その開示された構成では改質ガスの熱を利用して排気浄化触媒の床温を十分に温度上昇させることができない。
Here,
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、排気浄化触媒を効率良く早期に活性化させることができる内燃機関を提供することを、その目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can improve the disadvantages of the conventional example and can activate the exhaust purification catalyst efficiently and quickly.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、所定の燃料を燃料改質装置の燃料改質触媒で発熱反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関において、排気経路上の排気浄化装置に、燃料改質装置から供給された改質ガス又は/及び当該排気浄化装置が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, it is possible to generate a reformed gas by causing a predetermined fuel to react exothermically with a fuel reforming catalyst of a fuel reformer, and the reformed gas can be used as fuel. In an internal combustion engine, an exhaust purification device that can exchange heat with an exhaust purification device on an exhaust path between the reformed gas supplied from the fuel reforming device and / or a fuel reforming catalyst provided in the exhaust purification device. A catalyst is provided.
この請求項1記載の内燃機関においては、高温の改質ガスや改質反応により高温になった燃料改質触媒から低温の排気浄化触媒へと伝熱させることができるので、その排気浄化触媒の床温が排気ガスのみで昇温させるよりも早く温度上昇する。 In the internal combustion engine according to the first aspect, heat can be transferred from the high temperature reformed gas or the fuel reforming catalyst that has become high temperature by the reforming reaction to the low temperature exhaust purification catalyst. The temperature rises faster than the bed temperature is raised only with exhaust gas.
ここで、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の内燃機関において、排気浄化触媒を有する排気ガス通路と当該排気ガス通路に隣接する改質ガス通路とが形成された排気浄化手段を排気浄化装置に備えている。
In order to achieve the above object, in the invention according to
従って、この請求項2記載の内燃機関においては、改質ガス通路を流れる高温の改質ガスによって排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させることができる。
Therefore, in the internal combustion engine according to
また、上記目的を達成する為、請求項3記載の発明では、上記請求項2記載の内燃機関において、その改質ガス通路上の少なくとも一部分に排気浄化装置の燃料改質触媒を備え、更に、改質ガスと共に未改質燃料も発生させるべく燃料改質装置の制御を行う制御手段を設けている。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the second aspect, a fuel reforming catalyst for an exhaust purification device is provided at least in part on the reformed gas passage, Control means is provided for controlling the fuel reformer to generate unreformed fuel along with the reformed gas.
従って、この請求項3記載の内燃機関においては、改質ガス通路を流れる高温の改質ガスによって排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させると共に、その改質ガス通路の燃料改質触媒で起こる未改質燃料の改質時の発熱反応によって当該燃料改質触媒を介して排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させる。 Therefore, in the internal combustion engine according to claim 3, the temperature of the exhaust purification catalyst in the exhaust gas passage is raised by the high-temperature reformed gas flowing in the reformed gas passage, and the fuel reforming in the reformed gas passage is performed. The bed temperature of the exhaust purification catalyst in the exhaust gas passage is raised through the fuel reforming catalyst by the exothermic reaction at the time of reforming of the unreformed fuel occurring in the catalyst.
また、上記目的を達成する為、請求項4記載の発明では、上記請求項1,2又は3に記載の内燃機関において、熱交換後の改質ガスを貯留する改質ガス貯留タンクと、この改質ガス貯留タンクに所定量の改質ガスが貯留された後で機関始動させる制御手段と、を設けている。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 4, in the internal combustion engine according to
この請求項4記載の内燃機関においては、機関始動前に排気浄化触媒が活性化されるので、機関始動直後から排気ガス中の有害成分を浄化することができる。また、機関始動前に生成された改質ガスを改質ガス貯留タンクに貯留しておくことができるので、その改質ガスの供給路の破損等を防ぐことができる。 In the internal combustion engine according to claim 4, since the exhaust purification catalyst is activated before the engine is started, harmful components in the exhaust gas can be purified immediately after the engine is started. Further, since the reformed gas generated before the engine is started can be stored in the reformed gas storage tank, it is possible to prevent the reformed gas supply path from being damaged.
また、上記目的を達成する為、請求項5記載の発明では、上記請求項1,2,3又は4に記載の内燃機関において、熱交換前の改質ガスに対して酸素を供給する酸素供給装置を設けている。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the first, second, third or fourth aspect, an oxygen supply for supplying oxygen to the reformed gas before heat exchange. A device is provided.
この請求項5記載の内燃機関においては、既に高温の改質ガスを燃焼させて更に高温にすることができるので、排気浄化触媒の床温を更に早く温度上昇させることができる。 In the internal combustion engine according to the fifth aspect, since the high temperature reformed gas can be combusted to further increase the temperature, the bed temperature of the exhaust purification catalyst can be raised more quickly.
本発明に係る内燃機関は、高温の改質ガスや燃料改質触媒と排気浄化触媒とが熱交換されるように排気浄化装置を構成しているので、その改質ガスや改質時の燃料改質触媒の熱を有効に利用して排気浄化触媒の早期活性化を図ることができる。 In the internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas purification device is configured so that the high-temperature reformed gas or the fuel reforming catalyst and the exhaust gas purification catalyst are heat-exchanged. It is possible to activate the exhaust purification catalyst early by effectively utilizing the heat of the reforming catalyst.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る内燃機関の実施例1を図1から図5に基づいて説明する。 A first embodiment of an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1の符号1は本実施例1の内燃機関を示す。この内燃機関1は、第1から第4の気筒11a〜11dを有する機関本体10と、その第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に外部からの空気を供給する吸気経路20と、その夫々の燃焼室で燃焼させる燃料(ここでは、ガソリン等の炭化水素系燃料)を各々噴射する第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dと、その夫々の燃焼室から排出された排気ガスを大気へと放出する排気経路40と、所定の燃料から改質燃料を生成して吸気経路20へと供給する燃料改質装置50と、を備えている。その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dには、図1に示す燃料ポンプ61及び燃料供給通路62を介して炭化水素系燃料が供給される。
先ず、本実施例1の内燃機関1の吸気経路20には、外部から空気を吸入して導く吸気通路21と、その導入した空気から塵埃等の異物を除去するエアクリーナ22と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ23と、第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室への吸入空気量を調節するスロットルバルブ24と、このスロットルバルブ24を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ25と、そのスロットルバルブ24の開度を検出するスロットル開度センサ26と、そのスロットルバルブ24で調節された空気を第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に導く吸気マニホルド27と、が設けられている。
First, in the
ここで、そのエアフロメータ23やスロットル開度センサ26の検出信号は、制御手段たる電子制御装置(ECU)70に送信される。従って、この電子制御装置70においては、エアフロメータ23の検出信号に基づいて外部からの吸入空気量が算出され、スロットル開度センサ26の検出信号に基づいてスロットルバルブ24の開度が検出される。
Here, the detection signals of the
更に、その電子制御装置70は、スロットルバルブアクチュエータ25に対してスロットルバルブ24の開弁角度の制御指令を行い、その開弁角度に応じた所望の量の空気を第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室内へと吸入させるべくスロットルバルブ24を開閉駆動させる。
Further, the
また、本実施例1にあっては、上述した第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dを機関本体10における第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の吸気ポートに各々配設する。これが為、この内燃機関1においては、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dから噴射された各吸気ポートにおける燃料が空気と共に第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に各々吸入された後、その夫々の混合気に対して第1から第4の点火プラグ12a〜12dから点火される。ここで、本実施例1の電子制御装置70は、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dの燃料噴射時期等を制御すると共に第1から第4の点火プラグ12a〜12dの点火時期を制御する。尚、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dについては、第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に夫々直接燃料を噴射させるべく配置してもよい。
In the first embodiment, the first to fourth
この内燃機関1においては、その点火後の筒内ガスが機関本体10における第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の排気ポートを介して排気経路40へと排出される。本実施例1の排気経路40は、その夫々の排気ポートに排出された排気ガスを一経路に纏める排気マニホルド41と、その排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気浄化手段421が具備された排気浄化装置42と、を備えている。
In the
ところで、一般に、内燃機関においては、水素を燃焼時の燃料として使用することで、炭化水素系燃料を燃焼させるよりも排気ガス中におけるCO(一酸化炭素)成分,CO2(二酸化炭素)成分やHC(炭化水素)成分等の有害成分を大幅に低減できることが知られている。これ故、排気浄化手段421における三元触媒等の排気浄化触媒の床温(以下、「排気触媒担体温度」ともいう。)が活性温度に達していないが為に排気ガス中の有害成分を浄化し難い状況下においては、その有害成分の排出それ自体を抑えることのできる水素による燃焼がエミッション性能を向上させる上で効果的である。そのような状況下としては、機関始動時等の機関冷間時が代表的であるが、一旦活性化された排気浄化装置42の排気触媒担体温度が例えば軽負荷運転等によって活性温度よりも低くなってしまったときも含まれる。
By the way, in general, in an internal combustion engine, by using hydrogen as a fuel at the time of combustion, a CO (carbon monoxide) component, a CO 2 (carbon dioxide) component, It is known that harmful components such as HC (hydrocarbon) components can be greatly reduced. Therefore, since the bed temperature of the exhaust purification catalyst such as the three-way catalyst in the exhaust purification means 421 (hereinafter also referred to as “exhaust catalyst carrier temperature”) does not reach the activation temperature, harmful components in the exhaust gas are purified. Under difficult circumstances, combustion with hydrogen, which can suppress emission of harmful components, is effective in improving emission performance. Under such circumstances, the engine is cold, such as when the engine is started, but the exhaust catalyst carrier temperature of the
従って、本実施例1にあっては、その排気浄化装置42が活性化していない状況下において、上述した燃料改質装置50で改質燃料としての水素ガスを生成し、これを燃焼時の燃料にして運転が行えるように構成する。本実施例1においては、炭化水素系燃料を改質反応させることによって水素ガスを生成させる。この燃料改質装置50は当該技術分野における周知の構成により構築し得るものであり、例えば、本実施例1にあっては、炭化水素系燃料と酸素の混合気を水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスへと改質し、これが吸気経路20に供給される以下に示す構成のものを適用する。以下に、本実施例1の燃料改質装置50について詳述する。
Therefore, in the first embodiment, hydrogen gas as reformed fuel is generated by the
本実施例1の燃料改質装置50は、炭化水素系燃料と空気(酸素)から水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質手段51と、この燃料改質手段51に炭化水素系燃料を供給する燃料供給手段52と、その燃料改質手段51に空気を供給する空気供給手段53と、その燃料改質手段51で生成された改質ガスを吸気経路20側へと導く改質ガス供給路54と、を備えている。
The
具体的に、その燃料改質手段51には、図2に示す如く、燃料供給手段52から供給された炭化水素系燃料と空気供給手段53から供給された空気が混合される混合部51aと、その炭化水素系燃料と空気(酸素)の混合気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質触媒51bと、が設けられている。ここで、本実施例1の燃料改質触媒51bとしては、ヒータ等の加熱手段(図示略)を用いて触媒担体を加熱し、その触媒担体を改質反応可能な所定の温度まで昇温させることによって改質反応が始まる所謂電気加熱式の改質触媒を利用する。従って、本実施例1の燃料改質手段51には、その加熱手段に対して電源(例えば、図2に示す車輌のバッテリ81)からの電力を供給する電極51cと、この電極51cへの通電/非通電を切り替えるオンオフ切替スイッチ51dと、が設けられている。尚、その加熱手段としては、バーナー等を使用してもよい。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
また、本実施例1の燃料供給手段52としては、例えば、図1に示す燃料ポンプ61及び燃料供給通路63を介して供給された炭化水素系燃料を混合部51aに噴射させる所謂燃料噴射弁を用いる。
Further, as the fuel supply means 52 of the first embodiment, for example, a so-called fuel injection valve for injecting the hydrocarbon-based fuel supplied through the
更にまた、本実施例1の空気供給手段53としては、空気を圧送するポンプ53aと、このポンプ53aから吐出された空気を混合部51aへと導く空気供給路53bと、この空気供給路53b上に配備されて混合部51aへの空気供給量を調節する空気供給量調節弁53cと、を備えて構成させる。
Furthermore, the air supply means 53 of the first embodiment includes a
ここで、本実施例1の燃料改質装置50においては、改質ガス供給路54の改質ガスが第1から第4の気筒11a〜11dの各燃焼室へと個別に供給されるように、図1に示す如く、その第1から第4の気筒11a〜11dに各々対応させて第1から第4の改質ガス供給装置55a〜55dを設けている。これら第1から第4の改質ガス供給装置55a〜55dは、吸気マニホルド27における第1から第4の気筒11a〜11dの各分流通路に配備する。
Here, in the
本実施例1の燃料改質装置50は、電子制御装置70の指示に従い改質ガスの生成を実行して、その改質ガスを第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に供給する。
The
具体的に、その電子制御装置70は、改質ガスの生成が求められたときにオンオフ切替スイッチ51dを通電側に切り替えて、燃料改質触媒51bを所定の温度まで上昇させる。そして、この電子制御装置70は、燃料供給手段52と空気供給手段53(ポンプ53a及び空気供給量調節弁53c)の動作を制御して、所望の改質ガスの生成量に応じた量の炭化水素系燃料と空気を混合部51aに供給させる。これにより、この燃料改質装置50においては、その炭化水素系燃料と空気の混合気が燃料改質触媒51bで改質反応を起こして、水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスが生成される。しかる後、この燃料改質装置50は、電子制御装置70により第1から第4の改質ガス供給装置55a〜55dが駆動制御されることによって吸気マニホルド27の夫々の分流通路に改質ガスを供給する。その改質ガスは、夫々の分流通路上の空気と共に第1から第4の気筒11a〜11dへと吸入された後に燃焼させられる。
Specifically, the
このような構成からなる本実施例1の内燃機関1においては、その燃料改質装置50を作動させて改質ガスで運転することによって、排気ガス中の有害成分を大幅に低減させることができる。これが為、排気浄化装置42が活性化していない状況下においては、かかる改質ガスでの運転を実行させることによって良好なエミッション性能を確保することができるようになる。
In the
ここで、かかる状況下であっても、例えば運転者が望む運動性能等の運転条件や走行環境などによっては、改質ガスでの運転よりも炭化水素系燃料で運転させる方が好ましい場合がある。しかしながら、近年においては年を追う毎に排気ガス規制が強化されていく傾向にあり、かかる状況下においてエミッション性能を犠牲にしてまで炭化水素系燃料で運転させることは望ましくない。その一方で、炭化水素系燃料での運転が望まれているにも拘わらず改質ガスで運転し続けることも好ましくはなく、少しでも早く炭化水素系燃料を用いて運転できるようにすることが望ましい。 Here, even under such circumstances, for example, depending on driving conditions such as athletic performance desired by the driver and driving environment, it may be preferable to operate with a hydrocarbon-based fuel rather than driving with reformed gas. . However, in recent years, exhaust gas regulations tend to be tightened every year. Under such circumstances, it is not desirable to operate with hydrocarbon fuels until the emission performance is sacrificed. On the other hand, it is not preferable to continue operation with reformed gas even though operation with hydrocarbon fuel is desired, and it is possible to operate with hydrocarbon fuel as soon as possible. desirable.
また、燃料改質装置50の起動直後においては、供給される炭化水素系燃料の霧化不良や空気との混合不良が起こり易いのでこれらの混合気の空燃比を制御し難く、更に、燃料改質触媒51bの床温を改質反応可能な所定温度まで上昇させ難いので、全ての炭化水素系燃料を改質しきれない場合がある。これが為、かかる場合にはその未改質燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまうので、排気浄化装置42が活性化していない状況下においては、その有害成分を排気浄化装置42で浄化させることができず、エミッション性能を悪化させてしまう。
Immediately after the
従って、この内燃機関1においては、これらの事象に対して良好に対応させるべく、排気浄化装置42の排気触媒担体温度を素早く活性温度(凡そ350℃以上)まで上昇させるように構成する。具体的に、上述したが如き燃料改質装置50の燃料改質触媒51bで起こる改質反応は発熱反応であり、これを経て生成された改質ガスは高温(凡そ950℃位)になっているので、この高温の改質ガスの熱を利用することによって排気浄化装置42の排気触媒担体温度は、排気ガスのみで昇温させるよりも温度上昇させ易くなる。そこで、この内燃機関1においては、その高温の改質ガスと排気浄化触媒との間で熱交換できるように排気浄化装置42を構成する。
Therefore, the
以下に、図3から図5を用いて本実施例1の具体的な排気浄化装置42の構成を詳述する。その図3における符号42Aは本実施例1の排気浄化装置を示し、その各図における符号421Aは本実施例1の排気浄化手段を示す。
Hereinafter, a specific configuration of the exhaust
本実施例1の排気浄化装置42Aは、図4に示すハニカム状の排気ガス通路421aが形成された排気浄化手段421Aにおいて排気ガス中の有害成分を浄化させるものである。従って、その排気浄化手段421Aの各排気ガス通路421aには排気浄化触媒が配設されており、本実施例1にあっては、その各排気ガス通路421aの排気浄化触媒と改質ガスとの間での熱交換を実現させる為に、その各排気ガス通路421aの近傍で改質ガスを流動させる複数の改質ガス通路421bを排気浄化手段421Aに設ける。
The
具体的に、本実施例1の排気浄化手段421Aにおいては、ハニカム状の排気ガス通路421aの夫々の内壁面に所定の活性温度(凡そ350℃以上)で排気ガス中の有害成分を浄化させる排気浄化触媒を配設(例えば、コーティング)し、その各排気ガス通路421aと互いに隣接するようにハニカム状の改質ガス通路421bを形成する。例えば、この排気浄化手段421Aとしては、図4に示す如く、各排気ガス通路421aと各改質ガス通路421bを夫々が隣接するよう略直交させ且つ図4の紙面上下方向で交互に配置した所謂クロスフロー型の排気浄化用触媒担体が考えられる。
Specifically, in the exhaust gas purification means 421A of the first embodiment, exhaust gas that purifies harmful components in the exhaust gas at a predetermined activation temperature (approximately 350 ° C. or higher) on each inner wall surface of the honeycomb-shaped
この種の排気浄化手段421Aは、図5に示す如く、平面間に所定の間隔を設けて配置した複数枚の平箔421A1とその夫々の間に交互に配設した第1及び第2の波箔421A2,421A3とで構成する。ここでは、その第1波箔421A2と第2波箔421A3を夫々の波形が直交するように配置して、その第1波箔421A2の波形の両面とこれを挟持する2枚の平箔421A1の平面とで囲まれた複数の空間を各々排気ガス通路421aとし、その第2波箔421A3の波形の両面とこれを挟持する2枚の平箔421A1の平面とで囲まれた複数の空間を各々改質ガス通路421bとする。即ち、この排気浄化手段421Aは、1枚の第1波箔421A2によって形成された複数の排気ガス通路421aを有するハニカム層と1枚の第2波箔421A3によって形成された複数の改質ガス通路421bを有するハニカム層の多層構造になっている。この排気浄化手段421Aにおいては、第1波箔421A2の波形の両面とこれら各両面に対向する平箔421A1の平面に排気浄化触媒を配設する。
As shown in FIG. 5, this type of exhaust purification means 421A includes a plurality of
従って、本実施例1にあっては、そのような排気ガス通路421aと改質ガス通路421bを有する排気浄化手段421Aによって、改質ガス通路421bを流れる高温の改質ガスの熱が平箔421A1を介して排気浄化触媒へと伝わり、この排気浄化触媒の床温を素早く上昇させることができる。
Therefore, in the first embodiment, the heat of the high-temperature reformed gas flowing through the reformed
ここで、この排気浄化手段421Aは、最も外側(図4の紙面上下方向の外側)の両端の平箔421A1に各々第2波箔421A3を挟持させて、改質ガス通路421bを排気ガス通路421aよりも外側に位置させるよう構成することが好ましい。これにより、この排気浄化手段421Aの全ての排気ガス通路421aを改質ガス通路421bで挟み込むことができるので、排気浄化手段421Aの外部の雰囲気温度による排気浄化触媒の冷却を抑制し、全ての排気ガス通路421aの排気浄化触媒の床温を均等に昇温させることができる。
Here, the exhaust gas purifying means 421A causes the second
更に、この排気浄化手段421Aは、排気ガス通路421aのハニカム層の高さh1(=第1波箔421A2の最大厚さ)が改質ガス通路421bのハニカム層の高さh2(=第2波箔421A3の最大厚さ)よりも高くなるように構成することが好ましい。これにより、排気ガス通路421aの断面積を大きくすることができるので、排圧低減による機関出力の向上が可能になる。例えば、生成された改質ガスの空燃比が「5」のときに夫々の燃焼室に対して空気で希釈して空燃比15以上の改質ガスの混合気を供給すると、その改質ガスの量は燃焼室から排出された排気ガスの約1/3以下になる。
Furthermore, the exhaust gas control means 421A, the height of the honeycomb layer of the
また、本実施例1の排気浄化装置42Aは、燃料改質装置50で生成された改質ガスを改質ガス通路421bへと導く為、燃料改質手段51と改質ガス供給路54の間に介装する。これにより、温度低下が極力抑えられた高温(凡そ950℃位)の改質ガスを排気浄化手段421Aの改質ガス通路421bに流入させることができるので、より早く排気浄化触媒の床温を上昇させることができる。
Further, the
ここで、その改質ガス通路421bを通過した改質ガスは、第1から第4の改質ガス供給装置55a〜55dから吸気マニホルド27の夫々の分流通路に噴射され、空気と共に第1から第4の気筒11a〜11dに吸入されて燃焼される。従って、この内燃機関1においては、その燃焼後の排気ガス中の有害成分が上述したが如く大幅に低減されているので良好なエミッション性能を確保することができる。一方、そのような排気ガスであっても例えば上述した未改質燃料等によって有害成分が存在してしまう場合もあるが、この内燃機関1においては、高温の改質ガスによって排気浄化装置42Aの早期活性化が図られているので、その有害成分を早い段階から浄化することができる。
Here, the reformed gas that has passed through the reformed
以上示した如く、本実施例1の内燃機関1においては、高温の改質ガスの熱を排気浄化触媒に伝熱させる構成を採っているので、その排気浄化触媒の床温を排気ガスのみで昇温させるよりも早く活性温度まで温度上昇させて、排気浄化装置42Aの早期活性化を図ることができる。従って、この内燃機関1においては、仮に改質ガスでの運転で有害成分が生成されたとしてもこれを排気浄化装置42Aで浄化することができ、また、早期に炭化水素系燃料での燃焼へと切り替えることもできるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御の実現が可能になる。
As described above, the
また、この種の内燃機関1においては、改質ガスを高温のままで燃焼室に吸入させると、吸入効率が悪化して出力低下等の不都合を招来してしまうので、その改質ガスを冷却させる冷却器等が具備されるのが一般的である。しかしながら、この内燃機関1では、排気浄化手段421Aにおいて高温の改質ガスの熱が排気浄化触媒や排気ガスに吸熱されるので、その改質ガスを改めて冷却することなく各燃焼室へと送ることができ、部品点数の削減やコスト低減という効果をも得ることができる。
Further, in this type of
ところで、排気浄化装置42Aが上記の如き構成によって早期に活性化されるとはいっても、改質ガスが生成され始めた機関始動直後においては、即座に排気浄化触媒を活性温度まで上昇させることができるとは限らない。
By the way, even if the
そこで、本実施例1の内燃機関1においては、機関始動前に排気浄化装置42Aを活性化させ、活性化後に機関始動させる機関始動前の暖機制御機能を電子制御装置70に設けることが好ましい。
Therefore, in the
この機関始動前の暖機制御機能とは、例えば機関始動前のイグニッションON信号等を検知した際に燃料改質装置50を作動させ、機関始動前に高温の改質ガスを生成させるよう構成したものである。これにより、この内燃機関1においては、その生成された改質ガスが排気浄化手段421Aの改質ガス通路421bを通過して排気浄化触媒の床温を上昇させることができるので、排気浄化装置42Aの機関始動前の活性化が可能になる。
The warm-up control function before starting the engine is configured, for example, to operate the
ここで、かかる時点においては、内燃機関1が未だ始動していないので、その熱交換後の改質ガスは改質ガス供給路54上で行き場を失う。これが為、このままでは、生成された改質ガスが改質ガス通路421bに流入しなくなり、排気浄化触媒の床温を上昇させることができなくなる。更に、改質ガスの生成量の増加に伴って内圧が上昇し、改質ガス供給路54が破損してしまう虞もある。従って、機関始動前の暖機制御を実行させるべく内燃機関1を構成する場合には、その熱交換後の改質ガスを貯留する図1に示す改質ガス貯留タンク56を改質ガス供給路54上に設ける。これにより、機関始動前の排気浄化装置42Aの早期活性化を確実に実行することができ、更に、改質ガス供給路54の破損等を防ぐこともできる。
At this time, since the
更に、この機関始動前の暖機制御機能においては、その排気浄化装置42Aが活性化した後で内燃機関1を始動させるべく構成されている。これが為、かかる暖機制御においては、その活性化について判別可能な活性化判別条件が設定されている。
Further, the warm-up control function before starting the engine is configured to start the
その活性化判別条件としては、温度センサ(図示略)で直接検出した排気浄化触媒の床温を利用するのが最も精度が高く確実であるが、その排気浄化触媒の床温について推定可能な排気ガス温度を利用することもできる。例えば、排気浄化手段421Aの排気ガス通路421aを通過した排気ガスの温度を図1に示す排気温センサ43から検出し、その排気ガス温度が予め実験等で求めた所定値以上であれば排気浄化装置42Aの活性化と判断させる。尚、その排気ガス温度と排気浄化触媒の床温は略同じ温度であるので、その所定値については排気浄化触媒の活性温度を設定してもよい。
As the activation determination condition, it is most accurate and reliable to use the bed temperature of the exhaust purification catalyst directly detected by a temperature sensor (not shown). Gas temperature can also be used. For example, the temperature of the exhaust gas that has passed through the
また、改質ガスの生成量やこれと同量である改質ガス貯留タンク56への改質ガスの貯留量を検知し、これが予め実験等で求めた所定量以上になったときに排気浄化装置42Aの活性化と判断させてもよい。その改質ガスの生成量については、燃料供給手段52と空気供給手段53の炭化水素系燃料と空気の供給量から検知することができる。また、改質ガスの貯留量については、その生成量を用いて検知することもでき、改質ガス貯留タンク56に設けたセンサを利用して検知することもできる。例えば、改質ガス貯留タンク56への改質ガスの流入量を検出する流量センサを設け、その流入量の積算値から改質ガスの貯留量を検知してもよい。また、改質ガス貯留タンク56の内圧を検出する圧力センサを設け、その圧力値から改質ガスの貯留量を推定してもよい。
Further, the amount of reformed gas generated or the amount of reformed gas stored in the reformed
かかる内燃機関1においては、そのような機関始動前の暖機制御を行うことによって、機関始動直後から即座に排気浄化装置42Aで排気ガス中の有害成分を浄化することができるようになる。
In such an
一方、例えば再始動時等の状況においては既に排気浄化装置42Aが活性化していることもあるので、そのような状況では、あえて機関始動前に暖機制御を行う必要はない。また、長時間の軽負荷運転等によって排気浄化触媒の床温が活性温度よりも低くなってしまうこともあり、かかる場合には、エミッション性能の悪化を抑制する為に再び暖機制御を行うべきである。他方、その暖機制御を継続し続けた場合には、排気浄化触媒の床温が過剰なまでに上昇して破損等を引き起こす虞がある。
On the other hand, for example, the
そこで、本実施例1の内燃機関1においては、排気浄化装置42Aに対しての暖機制御の実行期間を次のように定めて制御することが好ましい。
Therefore, in the
例えば、ここでは、排気温センサ43の検出値から推定した排気浄化触媒の床温が第1所定値以下のときに暖機制御を実行させ、その床温が第2所定値以上のときに暖機制御を停止させるべく電子制御装置70の暖機制御機能を構築する。その第1所定値としては、排気浄化触媒の活性温度(例えば、350℃)を設定する。一方、その第2所定値としては、暖機制御の停止後直ぐに排気浄化触媒の床温が低下する場合も想定できるので、その活性温度よりも高めの温度(例えば、450℃)を設定する。
For example, here, the warm-up control is executed when the bed temperature of the exhaust purification catalyst estimated from the detection value of the
これにより、この内燃機関1においては、機関始動時等の機関冷間時(上述した機関始動前の暖機制御を行う場合には機関始動前)に排気浄化触媒の床温が第1所定値以下になっていれば、改質ガスを生成して排気浄化装置42Aの暖機制御を行い、その排気浄化装置42Aを早期活性化させる。
As a result, in the
また、この内燃機関1においては、排気浄化触媒の床温が第2所定値以上になったときに暖機制御を停止して炭化水素系燃料での運転に切り替える。その後、その炭化水素系燃料の燃焼により有害成分が生成されるが、ここでは排気浄化装置42Aが活性化しているので、その有害成分は排気浄化装置42Aにて浄化される。
Further, in the
また、この内燃機関1においては、長時間の軽負荷運転等によって排気浄化触媒の床温が第1所定値以下になったときに、炭化水素系燃料での運転から改質ガスでの運転に切り替え、再び排気浄化装置42Aの暖機制御を実行する。これが為、その排気浄化装置42Aにおいては、排気浄化触媒の床温が活性温度以上にまで上昇して再び活性化させられる。ここで、その第1所定値を排気浄化触媒の活性温度よりも少し高い温度(例えば、360℃)に設定してもよく、これによって排気浄化触媒の床温が活性温度以下に低下する前に暖機制御が行えるので、排気浄化装置42Aの活性状態の維持が可能になり好ましい。
Further, in the
このように、暖機制御の実行期間を上記の如く設定することによって、排気浄化装置42Aの早期活性化を図りつつその活性状態を保つことができるので、内燃機関1の運転中の良好なエミッション性能を確保し続けることが可能になる。また、改質ガスでの運転は有害成分の生成が低減される一方で燃料消費率の悪化を招いてしまうが、ある時期(排気浄化触媒の床温が第2所定値以上になったとき)に暖機制御を停止して炭化水素系燃料での運転に切り替えるので、燃料消費率の悪化を抑えつつ良好なエミッション性能を確保することができる。また、暖機制御を停止させることによって排気浄化装置42Aの過熱を抑制し、その破損等を防止することができるようになる。
Thus, by setting the execution period of the warm-up control as described above, it is possible to keep the activated state of the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例2を同じく図1から図5に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例2は、前述した実施例1の内燃機関1において、排気浄化装置42Aを以下に示す排気浄化装置42Bに置き換え、燃料改質装置50の燃料改質手段51の容量(単位時間当たりの改質ガスの生成可能容量)を実施例1よりも小さくしたものである。
In the second embodiment, in the
本実施例2の排気浄化装置42Bは、実施例1の排気浄化装置42Aが具備している排気浄化手段421Aを排気浄化手段421Bへと変更したものである。この排気浄化手段421Bは、具体的に、実施例1の排気浄化手段421Aにおいて、各改質ガス通路421bの内壁面に燃料改質手段51の燃料改質触媒51bと同じ燃料改質触媒を配設(例えば、コーティング)したものである。この排気浄化手段421Bにおいては、第2波箔421A3の波形の両面とこれら各両面に対向する平箔421A1の平面に燃料改質触媒を配設している。
The
ここで、本実施例2にあっては、燃料改質手段51の混合部51aに対する炭化水素系燃料と空気の供給量は実施例1と同量であるものとする。この本実施例2の内燃機関1においては、その炭化水素系燃料と空気の混合気の一部が小容量の燃料改質手段51で改質ガスへと改質され、その改質ガスと残りの未改質の炭化水素系燃料及び空気の混合気が排気浄化手段421Bの各改質ガス通路421bへと流入する。
Here, in the second embodiment, it is assumed that the supply amounts of hydrocarbon fuel and air to the mixing
その際、本実施例2の排気浄化手段421Bにおいては、流入してきた高温の改質ガスが実施例1と同様に排気ガス通路421aの排気浄化触媒との間の熱交換に供され、その排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、本実施例2の排気浄化手段421Bにおいては、各改質ガス通路421bに燃料改質触媒を設けているので、夫々の改質ガス通路421bで未改質の炭化水素系燃料と空気の混合気が改質反応を起こして改質ガスを生成する。これが為、この排気浄化手段421Bにおいては、その各改質ガス通路421bで生成された高温の改質ガスによって排気浄化触媒の床温を上昇させ、更に、その夫々の改質ガス通路421bにおいての改質時の発熱反応によって燃料改質触媒が直接的に平箔421A1を加熱して排気浄化触媒の床温を上昇させる。
At that time, in the
その夫々の改質ガス通路421bにおいての発熱反応やこれにより生成された改質ガスの熱量は、燃料改質手段51から流入してきた改質ガスの熱量よりも大きい。従って、本実施例2の内燃機関1によれば、実施例1と同様の効果を奏するだけでなく、その実施例1よりも大きな熱量で排気浄化触媒と熱交換されるので、その排気浄化触媒の床温を更に早く活性温度まで上昇させ、より早期に排気浄化装置42Bを活性化させることができる。これが為、この内燃機関1においては、より早期に炭化水素系燃料での燃焼へと切り替えることができるので、所望の運転条件等に応じた更に最適な燃焼制御の実現が可能になる。
The calorific value of the exothermic reaction in each reformed
また、本実施例2にあっては、燃料改質手段51の容量を実施例1よりも小さくしている(換言すれば、熱容量を実施例1よりも小さくしている)ので、コストの低減効果を得られるだけでなく、燃料改質触媒51bの初期加熱時の投入電力を低減することもできる。
In the second embodiment, the capacity of the
尚、本実施例2の内燃機関1は、実施例1と同じ容量の燃料改質手段51を適用してもよく、かかる場合には混合部51aへの炭化水素系燃料と空気の供給量を実施例1よりも増加させる。
The
ところで、この本実施例2の内燃機関1においても、実施例1にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例1と同様の実行期間を設定して排気浄化装置42Bの暖機制御を実行してもよい。
By the way, also in the
また、本実施例2の夫々の改質ガス通路421bには改質ガスを供給せずに炭化水素系燃料と空気(酸素)を供給し、その通路上の燃料改質触媒においての改質反応のみを利用して排気浄化触媒の早期活性化を図ってもよい。
In addition, hydrocarbon-based fuel and air (oxygen) are supplied to the reformed
次に、本発明に係る内燃機関の実施例3を同じく図1から図5に基づいて説明する。 Next, a third embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例3は、前述した実施例1の内燃機関1において、排気浄化装置42Aを以下に示す排気浄化装置42Cに置き換えたものである。
In the third embodiment, in the
前述したが如く、燃料改質装置50の燃料改質手段51において全ての炭化水素系燃料が改質しきれないことがあり、かかる場合には、その未改質の炭化水素系燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまう。従って、前述した実施例1の内燃機関1であっても、排気浄化装置42Aが活性化するまでは、その有害成分を排気浄化装置42Aで浄化させることができずに大気へと放出してしまう。
As described above, not all hydrocarbon fuels may be completely reformed in the fuel reforming means 51 of the
また、その実施例1の内燃機関1においては、機関始動前の暖機制御を実行すればその有害成分を排気浄化装置42Aで浄化できるようになるが、改質ガス(水素ガス)に比べて燃焼性に劣り且つ着火限界の狭い未改質燃料が多量に発生してしまうと、夫々の燃焼室に吸入される混合気中の水素ガス濃度が低下して、失火等の燃焼不良が起こり、トルク変動を生じさせる可能性がある。
Further, in the
そこで、本実施例3の内燃機関1においては、第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の燃焼室よりも上流に、その未改質燃料(炭化水素系燃料)の流量を低減させる未改質燃料流量調節手段を配備する。本実施例3にあっては、その未改質燃料流量調節手段を排気浄化装置42Cに設ける。
Therefore, in the
本実施例3の排気浄化装置42Cは、実施例1の排気浄化装置42Aが具備している排気浄化手段421Aを排気浄化手段421Cへと変更したものであり、その排気浄化手段421Cに未改質燃料流量調節手段を配備している。具体的に、この排気浄化手段421Cは、実施例1の排気浄化手段421Aにおいて、未改質燃料流量調節手段としてのHC吸着剤を各改質ガス通路421bの内壁面に配設(例えば、コーティング)したものである。そのHC吸着剤としては、未改質燃料(炭化水素系燃料)を吸着させる一方で改質ガスを透過させることが可能なゼオライト等を使用する。
The
これにより、燃料改質手段51から排出された改質ガスは、排気浄化手段421Cの排気浄化触媒を暖めながら改質ガス通路421bを通過して燃焼室に送られる。
Thus, the reformed gas discharged from the fuel reforming means 51 passes through the reformed
一方、燃料改質手段51から排出された未改質燃料は、その改質ガス通路421bのHC吸着剤に吸着される。これが為、本実施例3の内燃機関1においては、夫々の燃焼室に未改質燃料が吸入されなくなるので、排気浄化装置42Cの活性化前であっても良好なエミッション性能を確保することができ、更に、失火等の燃焼不良を抑制してトルク変動を防ぐことができる。
On the other hand, the unreformed fuel discharged from the
また、この吸着された未改質燃料は、排気浄化手段421Cの温度上昇に伴い所定の温度に達したHC吸着剤から徐々に脱離して、少しずつ燃焼室に送られる。これが為、本実施例3の内燃機関1においては、その燃焼室内に未改質燃料が吸入されたとしても混合気中の水素ガス濃度が極端に低下しないので、失火等の燃焼不良を抑制してトルク変動を防ぐことができる。更に、この内燃機関1においては、その脱離した未改質燃料が夫々の燃焼室において燃焼されて有害成分を生成するが、そのような脱離現象が生じるときには既に排気浄化触媒が活性温度に達するに十分な時間が経過しており、その有害成分は排気浄化触媒によって浄化することができるので、エミッション性能の悪化を招くことはない。
The adsorbed unreformed fuel is gradually desorbed from the HC adsorbent that has reached a predetermined temperature as the temperature of the
以上示した如く、本実施例3の内燃機関1によれば、実施例1と同様の効果を奏するだけでなく、未改質燃料に起因する失火等の燃焼不良を抑制しながらも良好なエミッション性能を確保することができる。
As described above, according to the
ところで、この本実施例3の内燃機関1においても、実施例1にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例1と同様の実行期間を設定して排気浄化装置42Cの暖機制御を実行してもよい。
By the way, also in the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例4を図1,図2及び図4から図6に基づいて説明する。 Next, a fourth embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 4 to 6. FIG.
本実施例4は、前述した実施例1の内燃機関1において、排気浄化装置42Aを以下に示す排気浄化装置42Dに置き換えたものである。
The fourth embodiment is obtained by replacing the
本実施例4の排気浄化装置42Dは、前述した実施例2,3の夫々の排気浄化装置42B,42Cの効果を同時に実現させるべく、実施例1の排気浄化装置42Aにおける排気浄化手段421Aを図6に示す排気浄化手段421Dへと変更したものである。具体的に、この排気浄化手段421Dは、実施例1の排気浄化手段421Aにおいて、夫々の改質ガス通路421bの内壁面における改質ガス入口側(改質ガスの流動方向に対する上流側)に実施例2と同様の燃料改質触媒44を配設(例えば、コーティング)し、その内壁面における改質ガス出口側(改質ガスの流動方向に対する下流側)に実施例3と同様のHC吸着剤等の未改質燃料流量調節手段45を配設(例えば、コーティング)したものである。
The
従って、本実施例4においては、実施例2と同様に、燃料改質手段51の容量を小さくする又は混合部51aへの炭化水素系燃料と空気の供給量を増加させる。
Therefore, in the fourth embodiment, as in the second embodiment, the capacity of the
この本実施例4の内燃機関1によれば、燃料改質手段51で生成された改質ガスは排気浄化手段421Dの夫々の改質ガス通路421bを通過して排気浄化触媒の床温を上昇させる。
According to the
一方、この本実施例4の内燃機関1においては、燃料改質手段51で改質されずに残った未改質燃料と空気の混合気も各改質ガス通路421bに流入する。そして、その各改質ガス通路421bにおいては、その混合気が先ず上流側の燃料改質触媒44にて改質反応を起こし、実施例2と同様に、これにより生成された改質ガスの熱と改質時の発熱反応によって排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、この各改質ガス通路421bにおいては、その上流側での改質反応によっても改質しきれなかった未改質燃料が存在する場合、その未改質燃料を下流側の未改質燃料流量調節手段(HC吸着剤)45が吸着する。
On the other hand, in the
従って、この本実施例4の内燃機関1によれば、実施例2,3の夫々の効果を得ることができるので、より早期に排気浄化装置42Dを活性化させながらも、未改質燃料に起因する失火等の燃焼不良を抑制しつつ良好なエミッション性能を確保することができるようになる。
Therefore, according to the
ところで、この本実施例4の内燃機関1においても、実施例1にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例1と同様の実行期間を設定して排気浄化装置42Dの暖機制御を実行してもよい。
By the way, also in the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例5を図1,図2,図4,図5及び図7に基づいて説明する。 Next, a fifth embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4, 5, and 7. FIG.
本実施例5は、前述した夫々の実施例1〜4の内燃機関1において、各々の排気浄化装置42A,42B,42C,42Dを以下に示す排気浄化装置42Eに置き換えて、この排気浄化装置42Eと燃料改質装置50の位置関係を図7に示す如く変更したものである。従って、本実施例5の排気浄化装置42Eには、その各実施例1〜4の排気浄化手段421A,排気浄化手段421B,排気浄化手段421C又は排気浄化手段421Dの内の何れか1つが配備されている。
In the fifth embodiment, in the
一般に、排気浄化装置の排気浄化触媒の容量は、全ての燃焼室から最大量の排気ガスが排出された際にもその中の有害成分が確実に浄化されるように設定している。一方、機関始動時から暖機運転終了までの間においては、その最大量に比べて排気ガスの排出量は少なく、その少ない排出量の排気ガス中の有害成分が浄化できればよい。従って、その間においては、必ずしも全体の排気浄化触媒が活性温度に達している必要はない。 Generally, the capacity of the exhaust purification catalyst of the exhaust purification device is set so that harmful components therein are reliably purified even when the maximum amount of exhaust gas is discharged from all the combustion chambers. On the other hand, during the period from the start of the engine to the end of the warm-up operation, the amount of exhaust gas discharged is smaller than the maximum amount, and it is sufficient that the harmful components in the exhaust gas with the small amount of exhaust can be purified. Therefore, in the meantime, it is not always necessary that the entire exhaust purification catalyst reaches the activation temperature.
そこで、本実施例5にあっては、その機関始動時から暖機運転終了までの間の排気ガスの排出量に見合う一部の排気浄化触媒を対象にして暖機制御できるように排気浄化装置42Eと燃料改質装置50の位置関係を設定する。
Thus, in the fifth embodiment, the exhaust gas purification device can perform warm-up control for a part of the exhaust gas purification catalyst corresponding to the exhaust gas emission amount from the time of starting the engine to the end of the warm-up operation. The positional relationship between 42E and the
ここで、排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)における排気ガスの流動方向に対して上流側の排気浄化触媒の床温を上昇させた場合には、排気ガスがそこを通過しながら温度上昇し、その排気ガスによって下流側の排気浄化触媒も暖めることができる。また、その上流側の排気浄化触媒を暖めることによって、燃焼室から排出された排気ガスを高温のまま更に昇温させることができ、全体の排気浄化触媒の温度上昇を早めることができる。 Here, when the bed temperature of the exhaust purification catalyst upstream of the exhaust gas flow direction in the exhaust purification means 421A (exhaust purification means 421B, 421C, 421D) is increased, the exhaust gas passes therethrough. However, the temperature rises and the exhaust gas purification catalyst on the downstream side can be warmed by the exhaust gas. In addition, by warming the exhaust purification catalyst on the upstream side, the exhaust gas discharged from the combustion chamber can be further heated at a high temperature, and the temperature rise of the entire exhaust purification catalyst can be accelerated.
従って、本実施例5にあっては、その上流側の排気浄化触媒が先に活性化されるように排気浄化装置42Eと燃料改質装置50の位置関係を設定する。具体的には、図7に示す如く、燃料改質手段51と改質ガス供給路54の間に排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)の上流側の端部を配置し、その上流側の端部における夫々の改質ガス通路421bを介して燃料改質手段51と改質ガス供給路54を連通させる。
Therefore, in the fifth embodiment, the positional relationship between the
この本実施例5の内燃機関1においては、燃料改質手段51で生成された改質ガスが排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)における上流側の端部の各改質ガス通路421bに流入する。ここで、排気浄化手段421B,421Dを有する排気浄化装置42Eの場合には、実施例2,4と同様に、燃料改質手段51から改質ガスと共に未改質燃料も排出されるように混合部51aへの炭化水素系燃料と空気の供給量を調節する。
In the
これにより、その排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)においては、高温の改質ガスの熱が平箔421A1を介して各排気ガス通路421aにおける上流側の端部の排気浄化触媒に伝わり、その排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、排気浄化手段421B,421Dを有する排気浄化装置42Eの場合には、実施例2,4と同様に、その上流側の端部における各改質ガス通路421bの燃料改質触媒にて未改質燃料と空気の混合気が改質反応を起こし、その上流側の端部の排気浄化触媒の床温を更に上昇させる。
Thus, the exhaust
ここで、本実施例5にあっては、改質ガスで暖める排気浄化触媒の分量(即ち、熱容量)が前述した各実施例1〜4よりも少ないので、各実施例1〜4と同量の改質ガスが排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)に供給されるのであれば、その上流側の端部の排気浄化触媒をより早く昇温することができる。 Here, in the fifth embodiment, the amount of the exhaust purification catalyst warmed by the reformed gas (that is, the heat capacity) is smaller than each of the first to fourth embodiments described above, and therefore the same amount as each of the first to fourth embodiments. If the reformed gas is supplied to the exhaust purification means 421A (exhaust purification means 421B, 421C, 421D), the temperature of the exhaust purification catalyst at the upstream end can be raised more quickly.
尚、排気浄化手段421C,421Dを有する排気浄化装置42Eの場合には、実施例3,4と同様に、その上流側の端部における各改質ガス通路421bの未改質燃料流量調節手段(HC吸着剤)に未改質燃料が吸着される。
In the case of the
ところで、この排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)においては、その排気浄化触媒の床温の上昇に伴って各排気ガス通路421aの上流側の端部を流れる排気ガスの温度も上昇する。この排気ガスの温度上昇には、排気浄化触媒からの伝熱によるものと、浄化反応する際の反応温度によるものがある。これが為、この排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,421C,421D)においては、その温度上昇した排気ガスが各排気ガス通路421aの下流側へと流れた際に、その下流側の各排気ガス通路421aの排気浄化触媒も暖める。
By the way, in this exhaust purification means 421A (exhaust purification means 421B, 421C, 421D), the temperature of the exhaust gas flowing through the upstream end of each
従って、この本実施例5の内燃機関1においては、少量の排気ガスの排出量に応じた一部の排気浄化触媒が先に活性化し、その後で残りの排気浄化触媒が活性化する。特に、ここでは、上流側の排気浄化触媒を活性化させた後で下流側の排気浄化触媒を活性化させるので、燃料改質手段51で生成された改質ガスと各燃焼室から排出された排気ガスの夫々の熱量を無駄にすることなく全体の排気浄化触媒が早期に活性化する。これが為、機関始動時から内燃機関1の暖機運転終了までの間においては、上述したが如く上流側の排気浄化触媒のみで少量の排気ガス中の有害成分を浄化することができる。また、この本実施例5の内燃機関1においては、全体の排気浄化触媒を早期活性化することができるので、その暖機運転の終了後は当然のことながら、その暖機運転が終了する以前に車輌加速等で排気ガスの排出量が増加しても有害成分を浄化することができる。
Therefore, in the
ここで、本実施例5においては、前述した各実施例1〜4の排気浄化手段421A,排気浄化手段421B,排気浄化手段421C又は排気浄化手段421Dの内の何れか1つが配備された排気浄化装置42Eについて例示した。しかしながら、その内の排気浄化手段421B,排気浄化手段421C及び排気浄化手段421Dについては、改質ガスが通過しなければ何らの作用効果も得ることのない燃料改質触媒や未改質燃料流量調節手段(HC吸着剤)が下流側の各改質ガス通路421bにも配設されている。これが為、本実施例5の排気浄化装置42Eに関しては、その排気浄化手段421B,排気浄化手段421C又は排気浄化手段421Dに替えて、これらから下流側の改質ガス通路421bの燃料改質触媒や未改質燃料流量調節手段(HC吸着剤)を取り除いた図7に示す排気浄化手段421Eに置き換えることが好ましい。
Here, in the fifth embodiment, the exhaust gas purification means in which any one of the exhaust gas purification means 421A, the exhaust gas purification means 421B, the exhaust gas purification means 421C, or the exhaust gas purification means 421D of the above-described first to fourth embodiments is provided. The
また、本実施例5においては、排気ガス通路421aや改質ガス通路421b等が全て一体化された排気浄化手段421A,排気浄化手段421B,排気浄化手段421C,排気浄化手段421D又は排気浄化手段421Eを備えた排気浄化装置42Eについて例示した。しかしながら、本実施例5の排気浄化装置42Eと燃料改質装置50の位置関係では、その排気浄化手段421A,421B,421C,421D,421Eにおいて、改質ガスが通過することのない下流側に改質ガス通路421bを設けても何ら意味がない。また、全体が一体化されていると上流側の熱が平箔421A1等の構造体を介して下流側に伝熱されてしまい、上流側の排気浄化触媒の早期活性化の妨げになる虞がある。
Further, in the fifth embodiment, the exhaust gas purification means 421A, the exhaust gas purification means 421B, the exhaust gas purification means 421C, the exhaust gas purification means 421D, or the exhaust gas purification means 421E, in which the
そこで、本実施例5の内燃機関1においては、そのような排気浄化装置42Eに替えて図8に示す排気浄化装置42Fへと置き換えることが好ましい。この排気浄化装置42Fは、前段の第1排気浄化手段421F1と後段の第2排気浄化手段421F2とからなる分割構造の排気浄化手段421Fを備えている。
Therefore, in the
ここで、その第1排気浄化手段421F1は、前述した排気浄化手段421A,排気浄化手段421B,排気浄化手段421C又は排気浄化手段421Dと同一の構成からなるクロスフロー型の排気浄化用触媒担体であって、改質ガスを通過させる上流側に配設する。また、第2排気浄化手段421F2は、ハニカム状に排気ガス通路421aのみが形成された排気浄化用触媒担体であって、下流側に配設する。
Here, the first exhaust purification means 421F 1 is a cross-flow type exhaust purification catalyst carrier having the same configuration as the exhaust purification means 421A, the exhaust purification means 421B, the exhaust purification means 421C or the exhaust purification means 421D described above. Therefore, it is disposed on the upstream side through which the reformed gas passes. The second exhaust purification means 421F 2 is an exhaust purification catalyst carrier in which only the
そして、このような排気浄化装置42Fに置き換えることによって、この内燃機関1は、上述した排気浄化装置42Eのような上流から下流への熱の逃げを防止することができるので、その排気浄化装置42Eの場合よりも早く上流側の排気浄化触媒の床温を昇温させ、全体の排気浄化触媒の更なる早期活性化を図ることができる。
Then, by replacing the exhaust
ところで、この本実施例5の内燃機関1においても、実施例1にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例1と同様の実行期間を設定して排気浄化装置42E(又は排気浄化装置42F)の暖機制御を実行してもよい。
By the way, also in the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例6を図9に基づいて説明する。 Next, a sixth embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例6は、前述した各実施例1〜5の内燃機関1において更に早期に排気浄化触媒を活性化させるべく構成したものである。
The sixth embodiment is configured to activate the exhaust purification catalyst earlier in the
具体的に、本実施例6においては、その夫々の実施例1〜5の内燃機関1において、燃料改質手段51と排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,排気浄化手段421C,排気浄化手段421D,排気浄化手段421E,第1排気浄化手段421F1)の間へと酸素を供給する酸素供給装置を設ける。
Specifically, in the sixth embodiment, in the
例えば、本実施例6の酸素供給装置としては、図9に示す如く、燃料改質手段51の改質ガス排出部に空気を導く空気供給通路57aと、この空気供給通路57aを開閉させる開閉弁57bと、で構成した空気供給装置を利用する。ここで、その空気供給通路57aは、空気供給手段53におけるポンプ53aと空気供給量調節弁53cの間の空気供給路53bから空気を取り込んで、燃料改質手段51の改質ガス排出部へと送出する。また、その開閉弁57bは、機関始動前等の初期状態において閉弁されているものとする。
For example, as an oxygen supply apparatus according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 9, an
この本実施例6の内燃機関1においては、電子制御装置70が燃料改質手段51で改質ガスを生成させ始めたとき(即ち、燃料改質装置50の起動時)に、その電子制御装置70に開閉弁57bを開弁させ、空気供給通路57aから燃料改質手段51の改質ガス排出部へと空気を供給させる。
In the
ここで、生成された改質ガスは前述したが如く高温(凡そ950℃)状態にあり、その改質ガスの中には高温での着火性の良い水素ガスが含まれているので、これに空気が供給されるとその水素ガスを着火点として改質ガスの一部が燃焼し、残りの改質ガスが更に高温になる。 Here, the generated reformed gas is in a high temperature state (approximately 950 ° C.) as described above, and the reformed gas contains hydrogen gas with good ignitability at high temperature. When air is supplied, a part of the reformed gas is combusted using the hydrogen gas as an ignition point, and the remaining reformed gas is further heated.
従って、この本実施例6の内燃機関1においては、燃料改質手段51の改質ガス排出部で更に高温化された改質ガスが排気浄化手段421A(排気浄化手段421B,排気浄化手段421C,排気浄化手段421D,排気浄化手段421E,第1排気浄化手段421F1)の各改質ガス通路421bに流入する。これが為、本実施例6の内燃機関1によれば、その夫々の改質ガス通路421bに前述した各実施例1〜5よりも高温の改質ガスを通過させるので、その各実施例1〜5に比べて更に早期に排気浄化触媒を活性化させることができる。
Therefore, in the
以上のように、本発明に係る内燃機関は、改質ガスを利用して排気浄化触媒の早期活性化を図る技術に有用である。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful for a technique for quickly activating an exhaust purification catalyst using a reformed gas.
1 内燃機関
20 吸気経路
27 吸気マニホルド
40 排気経路
42,42A,42B,42C,42D,42E,42F 排気浄化装置
43 排気温センサ
50 燃料改質装置
51 燃料改質手段
51b 燃料改質触媒
54 改質ガス供給路
55a〜55d 第1から第4の改質ガス供給装置
56 改質ガス貯留タンク
57a 空気供給通路
57b 開閉弁
70 電子制御装置
421,421A,421B,421C,421D,421E,421F 排気浄化手段
421F1 第1排気浄化手段
421F2 第2排気浄化手段
421a 排気ガス通路
421b 改質ガス通路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
排気経路上の排気浄化装置に、前記燃料改質装置から供給された改質ガス又は/及び当該排気浄化装置が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けたことを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine operable to generate a reformed gas by causing an exothermic reaction of a predetermined fuel with a fuel reforming catalyst of a fuel reformer, and using the reformed gas as a fuel,
The exhaust purification device on the exhaust path is provided with an exhaust purification catalyst that can exchange heat with the reformed gas supplied from the fuel reforming device and / or the fuel reforming catalyst provided in the exhaust purification device. An internal combustion engine characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006065824A JP2007239690A (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009137818A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Honda Motor Co Ltd | Fuel reformer |
WO2009072991A3 (en) * | 2007-12-07 | 2010-04-29 | Agni Inc Pte. Ltd. | Integration of fuel cells, hydrogen reformer, fuel processor, absorption chiller, heat recovery steam generator and internal combustion engines |
CN106150777A (en) * | 2016-08-18 | 2016-11-23 | 天津大学 | A kind of apparatus for reforming of fuel coupling ternary catalyzing unit |
-
2006
- 2006-03-10 JP JP2006065824A patent/JP2007239690A/en active Pending
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