DE102004004054B4

DE102004004054B4 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004004054B4
Application number: DE102004004054A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Toyota Wakao; Kazuhiro Toyota Sakurai; Takaaki Toyota Itou; Hiroki Toyota Ichinose
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: US6997142B2; US20040144337A1; DE102004004054A1; FR2850430A1; JP4251321B2; JP2004251273A; FR2850430B1

Abstract

Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit einer Brennkammer (3), in der ein vorbestimmter Kraftstoffbestandteil verbrannt wird, mit:
einem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B), der einen Reformerkatalysator hat und durch Reformieren eines Gemischs von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft ein reformiertes Gas erzeugt, das Kohlenmonoxid und als den vorbestimmten Kraftstoffbestandteil Wasserstoff enthält und der Brennkammer (3) zugeführt wird;
einer Luftzufuhrleitung (L1) zum Mischen von Luft mit dem von dem Reformer (20, 20B, 200, 200A, 200B) erzeugten reformierten Gas, der mit einem Einstellabschnitt (12; 12, 14x) versehen ist, der eine Menge an Luft einstellt, die über die Luftzufuhrleitung (L1) mit dem reformierten Gas gemischt wird; und
einem Steuerungsabschnitt (50), der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) derart einrichtet, dass ein Reformerwirkungsgrad des Reformers (20, 22C, 200, 200A, 200B) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, und der eine Menge des dem Reformer (20, 20C,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Es ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Reformer versehen ist, der einen Reformerkatalysator aufweist, und die verursacht, dass Bestandteile, die durch Reformieren von verschiedenartigen Kraftstoffen durch den Reformer erhalten werden, in Brennkammern im Hinblick auf die Stabilisierung der Verbrennung und die Verringerung von Mengen von HC und NO_x verbrennen, die in einem Abgas enthalten sind ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-241365 ).
Ein bekannter Reformer zum Reformieren eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs, wie zum Beispiel Methanol oder ähnliches, ist so ausgelegt, dass er ein Zwischenprodukt, wie zum Beispiel ein Aldehyd oder ähnliches, in einem Katalysator an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kraftstoffs erzeugt und Wasserstoff aus Aldehyd oder ähnlichem in einem Katalysator an der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung im Hinblick auf die Erhöhung des Bestandteils von Wasserstoff in einem reformierten Gas erzeugt ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-281307 ). Des Weiteren ist ein weiterer bekannter Reformer mit einer Heizung zum Aufheizen eines Reformerkatalysators während eines Startprozesses des Reformers versehen, um ein reformiertes Gas, das hinsichtlich des Wasserstoffs fett ist, innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu erzeugen ( japanische Patentanmeldung Nr. 11-130405 ). Es ist ebenso ein Stand der Technik bekannt, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Reformer im Wesentlichen auf 5 gesetzt wird, sobald die Temperatur eines Katalysators eine vorbestimmte Temperatur (600°C) erreicht, um die Ausbeute eines Kraftstoffbestandteils (H2) in dem reformierten Gas zu verbessern ( japanische Patentanmeldung Nr. 9-21362 ).
Wenn Kohlenwasserstoffkraftstoff reformiert wird, ist andererseits ein geeignetes Management der Temperatur eines Reformerkatalysators (insbesondere der Temperatur eines Katalysatorbetts) wichtig um zu verhindern, dass die Reformerleistungsfähigkeit aufgrund einer Verschlechterung eines Katalysators nachteilig beeinflusst wird, die Erzeugung von Nebenprodukten unterdrückt wird und der Einfluss der Wärme in einem Bereich um einen Reformer verringert wird. Als Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Reformerkatalysators ist ein Stand der Technik bekannt zum geeigneten Einrichten der Temperatur des Reformerkatalysators durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Reformer unter Verwendung einer Korrelation zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs von Luft und Kraftstoff, das dem Reformer zugeführt wird, und der Temperatur, die durch den Reformer erreicht wird ( japanische Patentanmeldung Nr. 2002-179405 ). Zu diesem Stand der Technik zugehörige Dokumente umfassen die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-58064 , die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-154807 , die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-323164 und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-92102 .
Darüber hinaus ist aus der DE 26 49 407 C3 eine Technik gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 17 bekannt.
Vorstehend wurde die Wichtigkeit eines geeigneten Managements der Temperatur eines Reformerkatalysators bei einem Reformer zum Reformieren von Kraftstoff betont. Wenn jedoch eine Brennkraftmaschine, die mit einem Reformer ausgestattet ist, im Ganzen betrachtet wird, macht es ein geeignetes Management der Temperatur des Reformers allein nicht einfach, ein reformiertes Gas zu erzeugen um zu verursachen, dass die Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einer erforderlichen Bedingung betrieben wird.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein gewünschtes reformiertes Gas von einem Reformer Brennkammern zuzuführen und dadurch zu verursachen, dass eine Brennkraftmaschine präzise in Übereinstimmung mit einer erforderlichen Bedingung arbeitet.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Diese Brennkraftmaschine ist mit dem Reformer versehen, der das Gemisch von Luft und einem Kraftstoff, wie zum Beispiel einem Kohlenwasserstoffkraftstoff oder ähnlichem, reformiert und der ein reformiertes Gas erzeugt, das Kraftstoffbestandteile wie z.B. CO, H2 und dergleichen enthält, und der Leistung dadurch erzeugt, dass er verursacht, dass die in dem reformierten Gas enthaltenen Kraftstoffbestandteile von dem Reformer zum Verbrennen in die Brennkammer strömen. Beim Entwickeln der Brennkraftmaschine richteten die Erfinder, wie vorstehend beschrieben ist, zunächst ihr Augenmerk auf die Tatsache, dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers im Zusammenhang mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Kraftstoff und Luft in dem Reformer steht.
Das heißt, dass sich der Reformerwirkungsgrad des Reformers gemäß des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in dem Reformer ändert. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, wird der Reformerwirkungsgrad des Reformers ebenso innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten. Im Hinblick darauf richtet gemäß dieser Brennkraftmaschine der Steuerungsabschnitt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ein (vorzugsweise als ein konstanter Wert), so dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird und richtet er die Menge des Gemischs, das dem Reformer zugeführt wird, derart ein, dass ein tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt. Dadurch kann das Verhältnis zwischen den Kraftstoffbestandteilen, die in dem durch den Reformer erzeugten Gas enthalten sind, genau erfasst werden. Diese Konstruktion ermöglicht es, ein gewünschtes reformiertes Gas von dem Reformer der Brennkammer zuzuführen und dadurch zu verursachen, dass die Brennkraftmaschine genau in Übereinstimmung mit einer erforderlichen Bedingung arbeitet.
Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine eine Luftzufuhrleitung zum Mischen von Luft mit dem reformierten Gas, das durch den Reformer erzeugt wird, und einen Einstellabschnitt auf, der in dem Luftzufuhrdurchgang vorgesehen ist und der dazu ausgelegt ist, eine Menge an Luft einzustellen, die mit dem reformierten Gas über den Luftzufuhrdurchgang gemischt wird, wobei der Steuerungsabschnitt den Einstellabschnitt derart steuert, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs, das in die Brennkammern aufgenommen wird, gleich einem gewünschten Wert wird.
Diese Konstruktion ermöglicht es, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in der Brennkammer auf einen gewünschten Wert einzurichten, während der Reformerwirkungsgrad innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird.
Der Reformer erzeugt in diesem Fall durch Reformieren eines Gemischs von einem Kohlenwasserstoffkraftstoff und Luft ein reformiertes Gas, das CO und H2 enthält, wobei der Steuerungsabschnitt ein Verhältnis O/C einer Anzahl von Sauerstoffatomen in Luft zu einer Anzahl von Kohlenstoffatomen in dem Kraftstoff, der dem Reformer zugeführt wird, im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,4 bis 1,1 einrichtet. Es ist vorzuziehen, dass der Steuerungsabschnitt das Verhältnis O/C der Anzahl von Sauerstoffatomen in Luft zur Anzahl von Kohlenstoffatomen in dem Reformer zugeführten Kraftstoff im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1,05 setzt. Diese Konstruktion ermöglicht es, den Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines praktisch wünschenswerten Bereichs zu halten.
Daneben ist es vorzuziehen, dass der Steuerungsabschnitt eine Menge an Luft, die dem Reformer zugeführt wird, derart einrichtet, dass das tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine mit dem Soll-Drehmoment übereinstimmt und eine Menge an Kraftstoff, die dem Reformer zugeführt wird, auf der Grundlage der dem Reformer zugeführten Menge an Luft und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis einrichtet.
Diese Konstruktion ermöglicht es, den Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten und zu verursachen, dass die Brennkraftmaschine ein gewünschtes Drehmoment erzeugt.
Es ist vorzuziehen, dass der Steuerungsabschnitt im Wesentlichen gleichzeitig Mengen an Luft und Kraftstoff, die dem Reformer zugeführt werden, und eine Menge an Luft, die mit dem reformierten Gas gemischt wird, gemäß dem Soll-Drehmoment einrichtet.
Daneben ist es vorzuziehen, dass die Brennkraftmaschine einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweist, der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst, und dass der Steuerungsabschnitt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer auf der Grundlage der Temperatur schätzt, die durch den Temperaturerfassungsabschnitt erfasst wird.
Da die Temperatur des Reformerkatalysators (Temperatur des Katalysatorbetts) mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer korreliert ist, macht es diese Konstruktion möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer aus der Temperatur des Reformerkatalysators zu schätzen.
Es ist vorzuziehen, dass der Steuerungsabschnitt in der Lage ist, das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Reformer gemäß einer Menge an Kraftstoff zu korrigieren, die dem Reformer zugeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist, korreliert die Temperatur des Reformerkatalysators mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer. Auch wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer konstant ist, steigt die Temperatur des Reformerkatalysators dennoch bei einer Erhöhung der Menge des dem Reformer zugeführten Kraftstoffs an. Wenn demgemäß das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Reformer wie im Fall dieser Konstruktion auf der Grundlage der Menge des dem Reformer zugeführten Kraftstoffs korrigiert wird, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden.
Es ist ebenso geeignet, dass der Steuerungsabschnitt auf der Grundlage des geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Menge an Kraftstoff einstellt, die dem Reformer zugeführt wird.
Des Weiteren ist es ebenso geeignet, dass die Brennkraftmaschine einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweist, der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst, und dass der Steuerungsabschnitt auf der Grundlage der Temperatur, die vom Temperaturerfassungsabschnitt erfasst wird, eine Menge an Kraftstoff einstellt, die dem Reformer zugeführt wird.
Daneben ist es vorzuziehen, dass der Steuerungsabschnitt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs des Kraftstoffs und der Luft in dem Reformer größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs einrichtet, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer gestartet wird.
Wenn die Zufuhr des Gemischs von Kraftstoff und Luft zu dem Reformer gestartet wird, wird der Reformerkatalysator oft nicht ausreichend aktiviert. Im Hinblick darauf ist die Konstruktion so ausgelegt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs beispielsweise über eine vorbestimmte Dauer, seit die Zufuhr des Gemischs von Kraftstoff und Luft zu dem Reformer gestartet wurde, größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten bestimmten Bereichs eingerichtet wird. Das macht es möglich, die Zündung von Kraftstoff in dem Reformerkatalysator voranzutreiben und die Temperatur des Katalysators innerhalb einer kurzen Zeitdauer auf eine Aktivierungstemperatur anzuheben.
Daneben ist es geeignet, vor dem Anhalten der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer eine Luftzufuhrmenge zu verringern, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer angehalten wird.
Wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer angehalten wird, wird die Menge an Sauerstoff in dem Reformer, wie vorstehend beschrieben ist, zeitweilig übermäßig, wodurch die Temperatur des Reformerkatalysators abrupt ansteigen kann. In diesem Fall kann jedoch die Menge an Luft, die zugeführt wird, vor dem Anhalten der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer verringert werden. Das ermöglicht es zu verhindern, dass die Menge an Sauerstoff in dem Reformer übermäßig wird, um den Fortschritt einer Reaktion in dem Reformer zu unterdrücken und den Reformerkatalysator (den Reformer) zu kühlen. Demgemäß ermöglicht es diese Konstruktion auch, zuverlässig zu unterbinden, dass der Reformerkatalysator sich aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs verschlechtert.
Es ist vorzuziehen, dass die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung des Weiteren einen Abgasrückführungsabschnitt aufweist, der verursacht, dass von der Brennkammer strömendes Abgas zu dem Reformer rückgeführt wird.
Bei der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer derart eingerichtet, dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird. Da jedoch in diesem Fall der Kraftstoff und die Luft nicht ausreichend miteinander in dem Reformer gemischt werden könnten, kann die Reformerreaktion nicht bei dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs auftreten oder kann die Temperatur des Katalysators übermäßig ansteigen. Wenn andererseits die Brennkraftmaschine mit dem Abgasrückführungsabschnitt versehen ist, der verursacht, dass Abgas, das von der Brennkammer strömt, zu dem Reformer rückgeführt wird, können Kraftstoff und Luft geeignet miteinander in dem Reformer durch die Rückführung des Abgases von der Brennkammer zu dem Reformer gemischt werden.
Daneben ist es vorzuziehen, dass die Brennkraftmaschine einen Temperaturerfassungsabschnitt, der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst, und einen Steuerungsabschnitt aufweist, der den Abgasrückführungsabschnitt auf der Grundlage der Temperatur steuert, die durch den Temperaturerfassungsabschnitt erfasst wird.
Bei der Brennkraftmaschine gemäß dieser Konstruktion wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer derart eingerichtet, dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird. Da sich jedoch die Temperatur des Reformerkatalysators abrupt gemäß einer Änderung der Last oder ähnlichem ändert, kann es dazu kommen, dass aufgrund einer abrupten Änderung der Temperatur des Reformerkatalysators kein Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs erhalten wird. Dadurch, dass der Reformerkatalysator bei dieser Konstruktion konstant durch den Temperaturerfassungsabschnitt überwacht wird und das Abgas von der Brennkammer durch den Abgasrückführungsabschnitt zum Reformer rückgeführt wird oder dass die Menge des Abgases, die durch den Abgasrückführungsabschnitt rückgeführt wird, im Ansprechen auf eine abrupte Änderung (einen abrupten Anstieg) der Temperatur des Reformers erhöht wird, ist es andererseits möglich, eine abrupte Änderung der Temperatur des Reformerkatalysators zu unterbinden und den Reformerwirkungsgrad des Reformers ständig innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten.
Es ist vorzuziehen, dass der Abgasrückführungsabschnitt die Menge des Abgases erhöht, die zu dem Reformer rückgeführt wird, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer angehalten wird.
Wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer angehalten wird, um die Reformerreaktion in dem Reformer anzuhalten, kann die Menge an Sauerstoff in dem Reformer zeitweilig übermäßig werden. In diesem Fall kann sich der Reformerkatalysator aufgrund eines abrupten Anstiegs seiner Temperatur verschlechtern. Wenn andererseits die Menge an Abgas, die zu dem Reformer durch den Abgasrückführungsabschnitt rückgeführt wird, beim Anhalten der Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer erhöht wird, kann verhindert werden, dass die Menge an Sauerstoff in dem Reformer übermäßig wird und kann der Reformerkatalysator (der Reformer) gekühlt werden. Demgemäß ermöglicht es diese Konstruktion, dass zuverlässig unterbunden wird, dass sich der Reformerkatalysator aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs verschlechtert.
Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass der Reformer eine Vielzahl von Reformerreaktionsabschnitten, die entlang einer Strömungsrichtung des Gemischs angeordnet sind, und einen Sauerstoffzufuhrabschnitt hat, der einem Sauerstoffeinströmungsabschnitt, der zwischen den Reformerreaktionsabschnitten eingerichtet ist, Sauerstoff zuführt, und dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt, der stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt mit Bezug auf die Strömungsrichtung angeordnet ist, kleiner als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs eingestellt wird.
Da im Allgemeinen die Reformerreaktion innerhalb einer extrem kurzen Zeitdauer voranschreitet, neigt die Temperatur in dem Reformer dazu, an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs hoch zu sein. Je stärker diese Neigung wird, umso mehr verschlechtert sich der Reformerkatalysator mit Bezug auf die Strömungsrichtung. Wenn Luft und Kraftstoff nicht ausreichend miteinander stromaufwärts von dem Reformer (dem Reformerkatalysator) gemischt wurden, wird der Reformerkatalysator in einem Bereich entsprechend einer überschüssigen Menge an Sauerstoff aufgeheizt. Als Folge schreitet die Reformerreaktion nicht ausreichend in einem Bereich entsprechend einer überschüssigen Menge an Kraftstoff voran, so dass unreformierter Kraftstoff direkt in das reformierte Gas gemischt werden kann. Andererseits ist gemäß dieser Konstruktion das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt, der stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs gelegen ist, kleiner als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten vorbestimmten Bereichs eingerichtet (die Menge des Kraftstoffs ist übermäßig). Daher kann unterbunden werden, dass der Reformerkatalysator bei dem Reformerreaktionsabschnitt stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt übermäßig aufgeheizt wird. Kraftstoff wird in dem Reformerreaktionsabschnitt stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt vergast, mischt sich dann mit dem Sauerstoff in dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt und wird hervorragend in dem Reformerreaktionsabschnitt stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt reformiert. Demgemäß ermöglicht es diese Konstruktion, zu unterbinden, dass sich der Reformerkatalysator örtlich verschlechtert, um zuverlässig den Kraftstoff zu reformieren und um den Reformerwirkungsgrad des Reformers geeignet innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten.
Daneben ist es vorzuziehen, dass der Sauerstoffzufuhrabschnitt dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt des Reformers Sauerstoff zuführt und dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs bei der Erfüllung einer vorbestimmten Betriebsbedingung des Reformers größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs in dem Reformerreaktionsabschnitt, der stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmabschnitt in Bezug auf die Strömungsrichtung angeordnet ist, eingerichtet wird.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmabschnitt in Bezug auf die Strömungsrichtung, wie vorstehend beschrieben ist, auf einen kleinen Wert eingerichtet wird, kann eine Verkokung des Reformerkatalysators in dem Reformerreaktionsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite auftreten. Wenn andererseits Sauerstoff zu dem Sauerstoffeinströmabschnitt des Reformers zugeführt wird, wie es der Fall dieser Konstruktion ist, kann das Auftreten der Verkokung unterdrückt werden und kann der Reformerkatalysator, bei dem die Verkokung aufgetreten ist, dadurch regeneriert werden, dass die Einrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt, der stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmabschnitt mit Bezug auf die Strömungsrichtung angeordnet ist, bei der Erfüllung einer vorbestimmten Betriebsbedingung, die sich auf die Betriebsdauer des Reformers oder die Temperatur des Reformerkatalysators bezieht, auf einen großen Wert eingerichtet wird.
Es ist vorzuziehen, dass der Reformer einen Reformerreaktionsabschnitt hat, in dem der Reformerkatalysator angeordnet ist, und dass der Reformerreaktionsabschnitt einen Katalysatorbereich geringer Trägerung an zumindest entweder einem stromaufwärtigen Ende davon oder an einem stromabwärtigen Ende davon mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs hat, wobei eine Menge des Reformerkatalysators an dem Katalysatorbereich geringer Trägerung kleiner als eine Menge des Reformerkatalysators in jedem anderen Bereich ist.
Wenn wie bei dieser Konstruktion zumindest eines der beiden Enden des Reformerreaktionsabschnitts als Katalysatorbereich mit geringer Trägerung ausgebildet ist, wird die Wärme der Reaktion, die in einem Bereich erzeugt wird, der ein anderer als der Katalysatorbereich mit geringer Trägerung des Reformerreaktionsabschnitts ist, auf den Katalysatorbereich mit geringer Trägerung übertragen. Demgemäß ermöglicht es diese Konstruktion, die Wärmeabfuhrleistungsfähigkeit des Reformers im Ganzen zu verbessern und wirksam zu unterbinden, dass der Reformerkatalysator aufgeheizt wird.
Wenn darüber hinaus das stromaufwärtige Ende des Reformers als Katalysatorbereich mit geringer Trägerung ausgebildet ist, wird der Fortschritt der Reformerreaktion an dem stromaufwärtigen Ende des Reformers unterdrückt. Daher kann ein übermäßiger Anstieg der Temperatur des Reformerkatalysators, welcher im Allgemeinen dazu neigt, an der stromaufwärtigen Seite des Reformers aufzutreten, unterdrückt werden. In diesem Fall nimmt der Katalysatorbereich mit geringer Trägerung an dem stromaufwärtigen Ende des Reformerreaktionsabschnitts Wärme von dem stromabwärtigen Bereich auf und wird geeignet aufgeheizt. Daher kann dem Reformer zugeführter Kraftstoff in dem Katalysatorbereich mit geringer Trägerung vergast werden und geeignet mit Luft gemischt werden.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgesehen, wie es in Anspruch 17 definiert ist.
Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung ermöglicht es, ein gewünschtes reformiertes Gas von dem Reformer der Brennkammer zuzuführen und zu verursachen, dass die Brennkraftmaschine genau in Übereinstimmung mit einer erforderlichen Bedingung arbeitet.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs in einem Reformer und der Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer zeigt.
3 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis O/C der Anzahl der Sauerstoffatome in der Luft zu der Anzahl der Kohlenstoffatome in dem Reformer zugeführten Kraftstoff und der Konzentration von H2 in einem reformierten Gas zeigt, das von dem Reformer erhalten wird.
4 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Verhältnis O/C der Anzahl der Sauerstoffatome in Luft zu der Anzahl von Kohlenstoffatomen in dem Reformer zugeführten Kraftstoff und der Temperatur eines Katalysatorbetts in dem Reformer zeigt.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
7 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
8 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm gemäß einem weiteren abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
12 ist ein Musterdiagramm, das ein beispielhaftes Kennfeld zeigt, das verwendet wird, um eine Reformerluftzufuhrmenge einzurichten.
13 ist ein Musterdiagramm, das ein beispielhaftes Kennfeld zeigt, das verwendet wird, um eine Drosselöffnung einzurichten.
14 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
15 ist ein Musterdiagramm, das ein beispielhaftes Kennfeld zeigt, das verwendet wird, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs in dem Reformer zu schätzen.
16 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
17 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
18 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
19 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
20 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist.
21 ist eine Grafik, die zeigt, wie sich die Temperatur des Katalysatorbetts ändert, wenn die Brennkraftmaschine, die in 10 gezeigt ist, gemäß dem in 20 gezeigten Ablaufdiagramm arbeitet.
22 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
23 ist eine Grafik zum Erklären eines Betriebs der Brennkraftmaschine, die in 22 gezeigt ist.
24 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
25 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebs einer Brennkraftmaschine wie in 24 gezeigt ist.
26 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Reformers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
27 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Reformers gemäß einem abgewandelten Beispiel des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
28 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Reformers gemäß einem weiteren abgewandelten Beispiel des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Brennkraftmaschine und eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung genau unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennkraftmaschine 1, die in 1 gezeigt ist, erzeugt Leistung durch Verbrennen eines Gemischs, das Kraftstoffbestandteile enthält, in einer Vielzahl von Brennkammern 3, die in einem Brennkraftmaschinenblock 2 ausgebildet sind, und Hin- und Herbewegen eines Kolbens 4 in den Brennkammern 3. Eine Einlassleitung 5 und eine Auslassleitung 6 sind mit jeder der Brennkammern 3 verbunden. Jeder Einlassanschluss ist mit einem Einlassventil 7 versehen, während jeder Auslassanschluss mit einem Auslassventil 8 versehen ist. Die Brennkraftmaschine 1 hat eine Zündkerze 9 für jede der Brennkammern 3.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Einlassleitung 5 mit einem Ausgleichstank 10 verbunden, mit dem eine Luftzufuhrleitung L1 verbunden ist. Die Luftzufuhrleitung L1 ist mit einem Lufteinlass (nicht gezeigt) über einen Luftfilter 11 verbunden. Die Luftzufuhrleitung L1 erstreckt sich über eine elektronische Drossel 12, (die zwischen dem Ausgleichstank 10 und dem Luftfilter 11 gelegen ist). Eine Bypass-Leitung L2 zweigt von der Luftzufuhrleitung L1 an einem gabelförmigen Abschnitt BP ab, der zwischen den Luftfilter 11 und die elektronische Drossel 12 gesetzt ist. Die Bypass-Leitung L2 erstreckt sich über ein Durchflussrateneinstellventil 14, dessen führendes Ende (das nicht an der Seite des gabelförmigen Abschnitts BP liegt) mit einem Reformer 20 verbunden ist.
Der Reformer 20 weist einen Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21, mit dem die Bypass-Leitung L2 verbunden ist, und angrenzend an den Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 einen Reformerreaktionsabschnitt 22 auf. Zusätzlich zu der Bypass-Leitung L2 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 zum Einspritzen eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs, z.B. Benzin oder ähnliches mit dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 verbunden. Ein Reformerkatalysator, der beispielsweise dadurch erhalten wird, dass Rhodium an Zirkonium geträgert wird, ist an dem Reformerreaktionsabschnitt 22 angeordnet. Ein Auslass des Reformers 20 ist mit dem Ausgleichstank 10 über eine Verbindungsleitung L3 verbunden. Somit ist der Reformer 20 so angeordnet, dass er die Luftzufuhrleitung L1 umgeht.
Andererseits ist stromaufwärts von dem gabelförmigen Abschnitt BP der Luftzufuhrleitung L1, genauer gesagt zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP und dem Luftfilter 11, ein Luftdurchflussmessgerät 16 eingebaut um eine Gesamtmenge an Luft zu erfassen, die von dem Lufteinlass eingeführt wird. Die Bypass-Leitung L2 ist mit einem Luftdurchflussmessgerät 17 zum Erfassen einer Menge an Luft ausgestattet, die durch die Bypass-Leitung L2 strömt. Das Luftdurchflussmessgerät 17 ist zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP und einem Durchflussrateneinstellventil 14 eingebaut. Zusätzlich ist die Verbindungsleitung L3 mit einem Temperatursensor 18 zum Erfassen einer Temperatur in dem Reformer 20 ausgestattet (insbesondere einer Temperatur des Reformerkatalysatorbetts). Die Auslassleitung 6, die mit jeder der Brennkammern 3 verbunden ist, ist mit einem Abgas-A/F-Sensor 19 zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgas ausgestattet, das durch die Auslassleitung 6 strömt.
Die Luftdurchflussmessgeräte 16 und 17, der Temperatursensor 18 und der Auslassgas-A/F-Sensor 19 sind mit einer ECU 50 verbunden. Die ECU 50 weist eine CPU, einen ROM, einen RAM, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse, mit denen die vorstehend genannten Sensoren verbunden sind, eine Speichereinheit, in der verschiedene Informationen gespeichert werden, und ähnliches auf. Der ECU 50 werden ein Signal, das einen Niederdrückhub anzeigt, von einem Gaspedal 51 (einem Gaspedalpositionssensor) und ein Signal, das eine tatsächliche Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 anzeigt, von einem Drehzahlsensor 52 (einem Kurbelwinkelsensor) zugeführt. Auf der Grundlage von Werten, die durch die Luftdurchflussmessgeräte 16 und 17, den Temperatursensor 18, den Abgas-A/F-Sensor 19 und dergleichen erfasst werden, von Signalen, die von dem Gaspedal 51 und dem Drehzahlsensor 52 abgegeben werden, und dergleichen steuert die ECU 50 Öffnungen der elektronischen Drossel 12 und des Durchflussrateneinstellventils 14, die Menge an Kraftstoff, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, eine Zeitabstimmung zum Zünden der Zündkerze 9 und dergleichen.
Beim Betreiben der so aufgebauten Brennkraftmaschine 1 wird über das Durchflussrateneinstellventil 14 der Bypass-Leitung L2 Luft in den Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformers 20 eingeführt und wird ein Kraftstoff, wie zum Beispiel Benzin oder dergleichen, von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt, die durch die ECU 50 gesteuert wird. Die ECU 50 stellt eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14 ein. Der Kraftstoff, wie zum Beispiel Benzin oder dergleichen, wird in dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 vergast, mischt sich mit Luft, die aus der Bypass-Leitung L2 strömt, und strömt in den Reformerreaktionsabschnitt 22. In dem Reformerreaktionsabschnitt 22 verursacht der Reformerkatalysator, dass Kohlenwasserstoffkraftstoff mit Luft reagiert und eine Teilsoxidationsreaktion fortschreitet, die durch die nachstehend gezeigte Formel (1) ausgedrückt wird, wodurch ein reformiertes Gas erzeugt wird, das CO und HC enthält. Das so reformierte Gas wird von dem Auslass des Reformers 20 über die Verbindungsleitung L3 in den Ausgleichstank 10 eingeführt. C_mH_n + (m/2)O₂ → mCO + (n/2) H₂ (1)
Luft wird in den Ausgleichstank 10 über die elektronische Drossel 12 der Luftzufuhrleitung L1 eingeführt. Die ECU 50 stellt eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 ein. Demgemäß wird reformiertes Gas, das in den Ausgleichstank 10 von dem Reformer 20 eingeführt wird, weiter mit Luft in dem Ausgleichstank gemischt und wird dann in die Brennkammern 3 aufgenommen. Wenn die Zündkerze 9 bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung gezündet wird, verbrennen CO und H2 als Gasbestandteile in den Brennkammern 3 und bewegen sich die Kolben 4 hin und her, wodurch Leistung von der Brennkraftmaschine 1 erhalten werden kann. Von der Brennkraftmaschine 1 kann Leistung ebenso durch Anhalten der Zufuhr von Luft und Kraftstoff zu dem Reformer 20 und durch Verursachen dessen erhalten werden, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15x, die an der Einlassleitung 15 angebracht ist, Kraftstoff einspritzt.
Bei der vorstehend erwähnten Brennkraftmaschine 1 richtet die ECU 50 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs von Kraftstoff und Luft in dem Reformer 20 beispielsweise im Hinblick auf eine Korrelation zwischen einem Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20 als einen im Wesentlichen konstanten Wert ein, so dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird, der für praktische Zwecke gut ist. Bei der Brennkraftmaschine 1 wird daher das Verhältnis zwischen den Kraftstoffbestandteilen CO und H2 in dem reformierten Gas, das durch den Reformer 20 erzeugt wird, ständig genau bestimmt. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 1 so betrieben werden, dass sie durch Zuführen eines gewünschten reformierten Gases von dem Reformer 20 zu den Brennkammern 3 genau mit einer erforderlichen Bedingung übereinstimmt.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20 und der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 korrelieren miteinander, wie in 2 gezeigt ist.
2 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Verhältnis O/C der Anzahl von Sauerstoffatomen in Luft zu der Anzahl von Kohlenstoffatomen in dem Kraftstoff, der dem Reformer 20 zugeführt wird, und der Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 zeigt. In diesem Fall ist das Verhältnis O/C im Wesentlichen äquivalent zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs, das dem Reformer 20 zugeführt wird. Die Rate der Kraftstoffumwandlung ist ein Parameter zum Bewerten des Reformerwirkungsgrads. Wie 2 entnehmbar ist, ändert sich die Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 gemäß dem Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20. Die Rate der Kraftstoffumwandlung erhöht sich im Wesentlichen proportional zu dem Verhältnis O/C, bis das Verhältnis O/C 1 erreicht. Wenn jedoch das Verhältnis O/C einmal 1 übersteigt, ist keine Erhöhung der Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 erkennbar.
In diesem Fall soll von einem praktischen Standpunkt betrachtet der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20, nämlich die Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 auf zumindest ungefähr 40 % gehalten werden. Der Grund dafür ist wie folgt. Wie aus einer Korrelation (3) zwischen dem Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 und der Konzentration an H2, das in dem vom Reformer 20 enthaltenen reformierten Gas enthalten ist, hervorgeht, ist die Rate der Kraftstoffumwandlung ungefähr 40 %, wenn das Verhältnis O/C ungefähr 0,4 % ist, und verringert sich die Konzentration an H2, das in dem vom Reformer 20 erzeugten reformierten Gas enthalten ist, drastisch, wenn das Verhältnis O/C unterhalb von 0,4 abfällt. Darüber hinaus fällt die Temperatur des Katalysatorbetts, wie aus einer Korrelation (4) zwischen dem Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 und der Temperatur des Katalysatorbetts in dem Reformer 20 hervorgeht, unter 700°C, wenn das Verhältnis O/C unter 0,4 abfällt, so dass die Möglichkeit einer Verkokung in dem Reformerkatalysator verstärkt wird.
Wie aus 3 erkennbar ist, ist dann, wenn das Verhältnis O/C ungefähr 0,8 beträgt, die Konzentration an H2, das von dem Reformer 20 erhalten wird, im Wesentlichen vergleichbar mit einer Spitzenwertkonzentration. Demgemäß ist es von einem praktischen Standpunkt aus betrachtet eher vorzuziehen, dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20, nämlich die Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 auf ungefähr 80 % oder mehr eines Worts eingerichtet wird, der sich in dem Fall ergibt, dass das Verhältnis O/C ungefähr 0,8 beträgt.
Wie aus 2 erkennbar ist, gibt es, wenn das Verhältnis O/C 1 übersteigt, andererseits keine erkennbare Erhöhung der Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 und verringert sich die Konzentration von H2 entsprechend. Wie aus 4 erkennbar ist, beginnt die Temperatur des Katalysatorbetts anzusteigen, wenn das Verhältnis O/C mehr oder weniger 1,05 übersteigt, und steigt die Temperatur des Katalysatorbetts abrupt an, wenn das Verhältnis O/C einmal 1,1 übersteigt. Demgemäß kann die obere Grenze des Verhältnisses O/C zum Beibehalten eines praktisch guten Reformerwirkungsgrads bei dem Reformer 20 auf ungefähr 1,1 und vorzugsweise 1,05 eingerichtet werden.
Unter Berücksichtigung des vorstehend Genannten ist bei der Brennkraftmaschine 1 das Verhältnis O/C der Anzahl von Sauerstoffatomen zu der Anzahl von Kohlenstoffatomen in dem Kraftstoff, der dem Reformer 20 zugeführt wird, ständig auf einen konstanten Wert (O/C = 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel) eingerichtet, der im Wesentlichen in dem Bereich von 0,4 bis 1,1, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1,05 liegt. Dadurch kann die Rate der Kraftstoffumwandlung in dem Reformer 20 im Wesentlichen konstant ungefähr innerhalb eines Bereichs von 40 % bis 100 %, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 80 % bis 100 % gehalten werden. Genauer gesagt richtet die ECU 50 zunächst ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 (eine vorbestimmte Soll-Drehzahl während des Leerlaufs) entsprechend einem Gaspedalniederdrückhub ein, der durch ein Signal angezeigt wird, das von dem Gaspedal 51 abgegeben wird. Zusätzlich regelt die ECU 50 eine Menge an Luft, die dem Reformer 20 zuzuführen ist, (insbesondere eine Reformerluftzufuhrmenge) und eine Menge an Kraftstoff, der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, also eine Menge des Gemischs, das dem Reformer 20 zugeführt wird, so ein, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 konstant wird (O/C = 1) und dass ein tatsächliches Drehmoment (Drehzahl) mit dem Soll-Drehmoment (der Solldrehzahl) übereinstimmt. Gleichzeitig richtet die ECU 50 eine Menge an Luft ein, die in den Ausgleichstank 10 von der elektronischen Drossel 12 zuzuführen ist (insbesondere eine Menge an zu mischender Luft), um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs auszugleichen, das in die Brennkammern 3 mit einem gewünschten Wert aufgenommen wird.
Die ECU 50 stellt dann eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14 ein, so dass ein Wert, der durch das Luftdurchflussmessgerät 17 für die Bypass-Leitung L2 erfasst wird, mit der vorhergehend ermittelten Reformerluftzufuhrmenge übereinstimmt, und verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 die vorhergehend ermittelte Menge an Kraftstoff einspritzt. Die ECU 50 stellt ebenso eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 derart ein, dass eine Differenz zwischen einem Wert, der durch das Luftdurchflussmessgerät 16 für die Luftzufuhrleitung L1 erfasst wird, und einem Wert, der durch das Luftdurchflussmessgerät 17 durch die Bypass-Leitung L2 erfasst wird, mit der vorhergehend ermittelten Menge der zu mischenden Luft übereinstimmt. Dadurch wird der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten und wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 auf einen gewünschten Wert eingerichtet. Als Folge kann ein gewünschtes Drehmoment durch die Brennkraftmaschine 1 erzeugt werden.
Bei der vorstehend genannten Brennkraftmaschine 1 ist es nicht absolut erforderlich, dass das Durchflussrateneinstellventil 14 stromabwärts von dem Reformer 20 (zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP und dem Reformer 20) angeordnet ist. Das heißt, dass das Durchflussrateneinstellventil 14, wie in 5 gezeigt ist, stromabwärts von dem Reformer 20 angeordnet sein kann. Anders gesagt kann die Verbindungsleitung L3, die den Reformer 20 mit dem Ausgleichstank 10 verbindet, mit dem Durchflussrateneinstellventil 14 versehen sein. Die Annahme dieser Konstruktion macht es ebenfalls möglich, das Gemisch von Luft und Kraftstoff dem Reformer 20 mit einer hohen Genauigkeit zuzuführen. Mit dieser Konstruktion kann durch Schließen des Durchflussrateneinstellventils 14 verhindert werden, dass unreformiertes HC, dessen Menge sich in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 erhöht hat, in die Brennkammer 3 aufgenommen wird, wenn der Reformer 20 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 angehalten wird.
Darüber hinaus kann bei der Brennkraftmaschine 1 der gabelförmige Abschnitt BP als eine Verbindung zwischen der Luftzufuhrleitung L1 und der Bypass-Leitung L2 mit einem Drei-Wege-Durchflussrateneinstellventil 14x versehen sein, wie in 6 gezeigt ist. In diesem Fall ist die elektronische Drossel 12 stromabwärts von dem Drei-Wege-Durchflussrateneinstellventil 14x und stromabwärts von dem Luftdurchflussmessgerät 16 angeordnet und ist das Luftdurchflussmessgerät für die Bypass-Leitung L2 entbehrlich. Die Menge reformierter Luft, die dem Reformer 20 von dem gabelförmigen Abschnitt BP durch das Drei-Wege-Durchflussrateneinstellventil 14 zugeführt wird, und die Menge an Luft, die in den Ausgleichstank 10 von dem gabelförmigen Abschnitt BP durch das Drei-Wege-Durchflussrateneinstellventil 14 gemischt wird, werden individuell durch die ECU 50 eingerichtet. Diese Konstruktion macht es möglich, die Menge an Luft, die in die Brennkammer 3 zugeführt wird, nur durch die elektronische Drossel 12 einzurichten. Daher kann die Steuerbarkeit der gesamten Brennkraftmaschine verbessert werden.
Wie in 7 gezeigt ist, kann eine Luftpumpe AP zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP und dem Reformer 20 angeordnet sein. In diesem Fall richtet die ECU einen Betrag einer elektrischen Leistung die der Luftpumpe AP zugeführt wird, so ein, dass ein Wert, der durch das Luftdurchflussmessgerät 17 für die Bypass-Leitung L2 erfasst wird, mit einer erforderlichen Zufuhrmenge reformierter Luft übereinstimmt. Die Annahme dieser Konstruktion macht es ebenso möglich, die Mischung an Luft und Kraftstoff zu dem Reformer mit einer hohen Genauigkeit zuzuführen.
Des Weiteren kann das Luftdurchflussmessgerät 16 für die Luftzufuhrleitung L1, wie in 8 gezeigt ist, stromabwärts von dem gabelförmigen Abschnitt BP (genauer gesagt zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP und dem Ausgleichstank 10) angeordnet sein. In diesem Fall ist die Menge der Luft, die der Brennkammer 3 zugeführt wird, die Summe eines Werts, der durch das Luftdurchflussmessgerät 16 erfasst wird und eines Werts, der durch das Luftdurchflussmessgerät 17 erfasst wird. Wie in 9 gezeigt wird, ist es ebenso geeignet, dass das Luftdurchflussmessgerät für die Luftzufuhrleitung L1 weggelassen wird, dass ein Drucksensor 13 an dem Ausgleichstank 10 angebracht wird und dass eine Menge (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Gemischs, das den Brennkammern 3 zugeführt wird, auf der Grundlage eines Werts berechnet wird, der durch den Drucksensor 13 erfasst wird. Die Annahme dieser Konstruktion macht es möglich, das Gemisch von Luft und Kraftstoff dem Reformer 20 und den Brennkammern 3 mit einer hohen Genauigkeit zuzuführen.
Wie genauer in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann, da die Temperatur in dem Reformer 20 (die Temperatur des Katalysatorbetts) mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20 korreliert, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (O/C) des Gemischs in dem Reformer 20 aus einer Temperatur in dem Reformer 20 (einer Temperatur des Katalysatorbetts) geschätzt werden, die durch den Temperatursensor 18 erfasst wird. Somit kann die ECU 50 ebenso dazu ausgelegt sein, ein Verhältnis O/C (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Gemischs in dem Reformer 20 auf der Grundlage eines Werts zu schätzen, der durch den Temperatursensor 18 erfasst wird, und eine Menge des Gemischs, das dem Reformer 20 zugeführt wird, so einzurichten, dass das geschätzte Verhältnis O/C gleich einem konstanten Wert (beispielsweise O/C = 1) innerhalb eines Bereichs von 0,4 bis 1,1, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1,05 wird und einem Soll-Drehmoment entspricht. Die Annahme dieser Konstruktion macht es möglich, das Luftdurchflussmessgerät für die Bypass-Leitung L2 wegzulassen, um die Kosten der gesamten Brennkraftmaschine zu verringern und das Volumen eines erforderlichen Raums zu reduzieren.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 bis 21 beschrieben. Bauteile, die mit denjenigen identisch sind, die mit Bezug auf das vorstehend genannte erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Wiederholung der gleichen Beschreibung wird vermieden.
Die Brennkraftmaschine 1A, die in 10 gezeigt ist, ist 1 im Wesentlichen identisch hinsichtlich der Konstruktion mit der Brennkraftmaschine 1 gemäß dem vorstehend genannten ersten Ausführungsbeispiel. Bei der Brennkraftmaschine 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch das Luftdurchflussmessgerät, das stromaufwärts von dem Reformer 20 angeordnet ist, aus der Bypass-Leitung L2 im Hinblick auf die Verringerung der Kosten der Brennkraftmaschine im Ganzen und der Reduktion des Platzbedarfs entfernt worden. In der Brennkraftmaschine 1A ist ein Vorwärmer 23, wie z.B. eine elektrische Heizung oder ähnliches, an einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Reformerreaktionsabschnitts 22 angeordnet (insbesondere an einem Endabschnitt an der Seite des Luft-Kraftstoff-Mischabschnitts 21). Im Folgenden wird individuell und spezifisch beschrieben, wie die so aufgebaute Brennkraftmaschine 1A betrieben wird, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Nicht-Leerlaufzustand befindet, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Leerlaufzustand befindet, wenn der Reformer gestartet wird und wenn der Reformer angehalten wird.
– Wenn sich die Brennkraftmaschine im Nicht-Leerlaufzustand befindet –
Wenn, wie in 11 gezeigt ist, im Ansprechen auf eine Zufuhr eines einen Gaspedalniederdrückhub anzeigenden Signals zu der ECU 50 von dem Gaspedal 51 ein Umschalten von einem Leerlaufzustand zu einem Nicht-Leerlaufzustand stattfindet, ermittelt die ECU 50 ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine 1A entsprechend dem Signal, das von dem Gaspedal 51 zugeführt wird (S10). Nach der Ermittlung des Soll-Drehmoments richtet die ECU 50 gleichzeitig eine Luftmenge, die dem Reformer 20 zuzuführen ist (eine Reformerluftzufuhrmenge), eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 einzuspritzen ist, und eine Öffnung der elektronischen Drossel ein (S12).
Das heißt, dass in S12 die ECU 50 eine Reformerluftzufuhrmenge entsprechend dem Soll-Drehmoment berechnet, das in S10 aus einem in 12 gezeigten beispielhaften Kennfeld ermittelt wird, und eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, mit Bezug auf die Reformerluftzufuhrmenge berechnet, die so berechnet wird, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird. Gleichzeitig berechnet in S12 die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 entsprechend dem in S10 ermittelten Soll-Drehmoment aus einem in 13 gezeigten beispielhaften Kennfeld.
Das Kennfeld zum Einrichten einer Reformerluftzufuhrmenge, das in 12 gezeigt ist, wird im Voraus vorbereitet, um eine Beziehung zwischen dem Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine und der Luftmenge, die dem Reformer 20 zuzuführen ist (Reformerluftzufuhrmenge), zu definieren, und wird in der Speichereinheit der ECU 50 gespeichert. Das Kennfeld zum Einrichten einer Drosselöffnung, die in 13 gezeigt ist, wird so im Voraus vorbereitet, dass eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 zum Ausgleichen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs, das in die Brennkammern 3 aufgenommen wird, mit einem gewünschten Wert gemäß einem Soll-Drehmoment unter Berücksichtigung der Reformerluftzufuhrmenge, die aus dem in 12 gezeigten Kennfeld berechnet wird, und der Kraftstoffeinspritzmenge, die so berechnet wird, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird, definiert wird. Das Kennfeld zum Einrichten der Drosselöffnung wird ebenfalls in der Speichereinheit der ECU 50 gespeichert.
Dadurch werden in der Verarbeitung von S12 sowohl eine Menge des Gemischs, das dem Reformer 20 zugeführt wird (insbesondere die Reformerluftzufuhrmenge + Kraftstoffeinspritzmenge), und eine Menge des Gemischs, das in die Brennkammern 3 aufgenommen wird (insbesondere das reformierte Gas + Luft, die aus der elektronischen Drossel 12 strömt), gleichzeitig gemäß einem Soll-Drehmoment eingerichtet. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20 wird im Wesentlichen konstant eingerichtet (O/C = 1), und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 wird beispielsweise auf einen gewünschten Wert eingerichtet, wie z.B. ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ähnliches.
Dann richtet in S14 die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 als die in S12 berechnete Öffnung ein, steuert das Durchflussrateneinstellventil 14 derart, dass ein durch das Luftdurchflussmessgerät 16 für die Luftzufuhrleitung L1 angegebener Wert gleich der Summe der in S12 berechneten Reformerluftzufuhrmenge und einer Durchflussmenge entsprechend der Öffnung der elektronischen Drossel 12 wird, die in S12 berechnet wird, und verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 die in S12 berechnete Kraftstoffmenge einspritzt. In diesem Fall ist es zum präzisen Einrichten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in dem Reformer 20 vorzuziehen, dass der Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, sobald sich die Zufuhr der Luft von dem Durchflussrateneinstellventil 14 stabilisiert.
Nach dem Durchführen der Verarbeitung von S14 schreitet die ECU 50 zu S16 weiter und führt eine Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturroutine (14) und eine Drosselöffnungskorrekturroutine (17) durch, die nachstehend beschrieben werden. Dadurch kann das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 auf einen gewünschten Wert eingerichtet werden, während der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 im Wesentlichen konstant gehalten wird, und kann ein tatsächliches Drehmoment genau mit einem Soll-Drehmoment abgeglichen werden. Während die Brennkraftmaschine im Nicht-Leerlaufzustand verbleibt, werden die vorstehend genannten Verarbeitungen von S10 bis S16 wiederholt.
14 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären der Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturroutine in S16. Wie in 14 gezeigt ist, berechnet nach dem Durchführen der Verarbeitung in S14 die ECU 50 eine Temperatur des Katalysatorbetts bei dem Reformerreaktionsabschnitt 22 des Reformers 20 auf der Grundlage eines von dem an der Verbindungsleitung L3 angebrachten Temperatursensor 18 aufgenommenen Signals (S100). Nach der Berechnung der Temperatur des Katalysatorbetts in dem Reformer 20 schätzt die ECU 50 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (O/C) des Gemischs in dem Reformer 20 unter Verwendung der berechneten Temperatur des Katalysatorbetts, der in S12 ermittelten Kraftstoffeinspritzmenge und eines in 15 gezeigten beispielhaften Kennfelds (S102).
Die Temperatur des Katalysatorbetts wird mit dem Verhältnis O/C des Gemischs (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) in dem Reformer 20 korreliert, wobei sich Temperatur in dem 1 Katalysatorbett in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 gemäß dem Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 ändert. Die Temperatur des Katalysatorbetts ändert sich ebenso gemäß der Kraftstoffmenge, die dem Reformer 20 zugeführt wird. Die Temperatur des Katalysatorbetts steigt an, wenn sich die Kraftstoffmenge, die dem Reformer 20 zugeführt wird, verringert. Im Hinblick auf das vorstehend Genannte wird bei der Brennkraftmaschine 1A das Kennfeld (15) zum Definieren (Korrigieren) der Korrelation zwischen der Temperatur des Katalysatorbetts und des Verhältnisses O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gemäß einer Kraftstoffmenge, die in den Reformer 20 eingespritzt wird, im Voraus festgelegt und in der Speichereinheit der ECU 50 gespeichert. Durch Verwendung eines derartigen Kennfelds kann das Verhältnis O/C des Gemischs (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) in dem Reformer 20 mit einer hohen Genauigkeit aus einer Temperatur des Katalysatorbetts bei dem Reformerreaktionsabschnitt 22 und einer Kraftstoffmenge, die dem Reformer 20 zugeführt wird, berechnet werden.
Nach der Schätzung eines Verhältnisses O/C des Gemischs in dem Reformer 20 ermittelt die ECU 50, ob ein geschätzter Wert des Verhältnisses O/C unterhalb eines ersten Grenzwerts OCL, der im Voraus ermittelt wird, liegt oder nicht (S104). Der erste Grenzwert OCL wird beispielsweise als ein Wert eingerichtet, der um einen vorbestimmten Wert (einen vorbestimmten Prozentanteil) kleiner als ein Sollwert des Verhältnisses O/C ist, der in S12 ermittelt wird. Wenn in S104 ermittelt wird, dass der geschätzte Wert des Verhältnisses O/C unterhalb des Grenzwerts OCL liegt, verringert die ECU 50 (geringfügig) die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, um eine vorbestimmte Menge oder eine Menge, die einer Differenz zwischen dem geschätzten Wert des Verhältnisses O/C und dem Grenzwert OCL entspricht (S106). Da das Gemisch in dem Reformer 20 dadurch mager gemacht wird, kann das Verhältnis O/C erhöht werden und nahe an den Sollwert gebracht werden (1 in dem zweiten Ausführungsbeispiel).
Wenn andererseits in S104 ermittelt wird, dass der geschätzte Wert des Verhältnisses O/C nicht unterhalb des vorbestimmten Werts OCL liegt, ermittelt die ECU 50 des Weiteren, ob der geschätzte Wert des Verhältnisses O/C oberhalb eines zweiten Grenzwerts OCH liegt oder nicht, der im Voraus ermittelt wird (S108). Der zweite Grenzwert OCH wird beispielsweise als ein Wert eingerichtet, der um einen vorbestimmten Betrag (einen vorbestimmten Prozentanteil) größer als der Sollwert des Verhältnisses O/C ist, der in S12 ermittelt wird. Wenn in S108 ermittelt wird, dass der geschätzte Wert des Verhältnisses O/C oberhalb des Grenzwerts OCH liegt, erhöht die ECU 50 (geringfügig) eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, um eine vorbestimmte Menge oder eine Menge, die eine Differenz zwischen dem geschätzten Wert des Verhältnisses O/C und dem Grenzwert OCH entspricht (S110). Da das Gemisch in dem Reformer 20 dadurch fett gemacht wird, kann das Verhältnis O/C kleiner als der Grenzwert OCH gemacht werden und nahe an den Sollwert gebracht werden (1 in dem zweiten Ausführungsbeispiel).
Somit wird bei der Brennkraftmaschine 1A die Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturroutine ausgeführt und wird die Menge des Kraftstoffs, die dem Reformer 20 zugeführt wird, geeignet einer Rückführkorrektur unter Verwendung eines geschätzten Verhältnisses O/C des Gemischs in dem Reformer 20 unterzogen. Daher kann das Verhältnis O/C in dem Reformer 20 konstant gehalten werden und kann der Reformerwirkungsgrad hervorragend innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten werden. Nach dem Beenden der Verarbeitung von S106 oder S110 führt die ECU 50 die in 11 gezeigten Basisverarbeitungen erneut durch. Wenn in S108 ermittelt wird, dass der geschätzte Wert des Verhältnisses O/C nicht oberhalb von dem zweiten Grenzwert OCH liegt, führt die ECU 50 die in 11 gezeigten Basisverarbeitungen erneut ohne Korrigieren einer Kraftstoffeinspritzmenge durch.
Wie vorstehend beschrieben ist, gilt für den Fall, bei dem das Verhältnis O/C im Wesentlichen innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,05 gehalten wird, dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 für praktische Zwecke gut ist. Wie aus 15 entnehmbar ist, wird dann, wenn das Verhältnis O/C im Wesentlichen innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,05 liegt, die Schwankung der Temperatur des Katalysatorsbetts ebenfalls innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten. Wenn andererseits beispielsweise das Verhältnis O/C größer als ungefähr 1,05 ist, ist ein Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts für jede Schwankung des Verhältnisses O/C (insbesondere ein Schwankungsbetrag der Temperatur des Katalysatorbetts vor und nach der Verarbeitung in S200) größer als ein vorbestimmter Wert ΔT1. Im Hinblick darauf kann zum Halten des Reformerwirkungsgrads des Reformers 20 innerhalb eines gewünschten Bereichs eine Kraftstoffeinspritzmenge ebenso auf der Grundlage eines Schwankungsbetrags ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts korrigiert werden, wie in 16 gezeigt ist.
In dem in 16 gezeigten Beispiel verringert die ECU 50, nachdem sie die Verarbeitung von S14 durchgeführt hat, eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, zeitweilig (geringfügig) und macht dadurch das Gemisch in dem Reformer 20 mager (S200). Nachdem das Gemisch in dem Reformer 20 mager gemacht wurde, berechnet die ECU 50 einen Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts nach der Verarbeitung von S200 auf der Grundlage eines Signals, das von dem Temperatursensor 18 abgegeben wird (S202), und ermittelt, ob der berechnete Schwankungsbetrag AT des Katalysators oberhalb des vorbestimmten Werts AT1 liegt oder nicht (S204). Wenn in S204 ermittelt wird, dass der Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorsbetts nicht oberhalb des vorbestimmten Werts ΔT1 liegt, wiederholt die ECU 50 die Verarbeitungen von S200 bis S204.
Wenn andererseits in S204 ermittelt wird, dass der Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts oberhalb des vorbestimmten Werts ΔT1 liegt, erhöht die ECU 50 eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, um eine vorbestimmte Menge (einen vorbestimmten Prozentanteil), um das Gemisch in dem Reformer 20 fett zu machen (S206). Nachdem das Gemisch in dem Reformer 20 fett gemacht wurde, berechnet die ECU 50 einen Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts nach der Verarbeitung von S206 auf der Grundlage eines Signals, das von dem Temperatursensor 18 abgegeben wird (S208), und bestimmt, ob der berechnete Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts unterhalb eines vorbestimmten Werts ΔT1 liegt oder nicht (S201). Wenn in S210 ermittelt wird, dass der Schwankungsbetrag ΔT der Temperatur des Katalysatorbetts nicht unterhalb des vorbestimmten Werts ΔT1 liegt, wiederholt die ECU 50 die Verarbeitungen von S206 bis S210. Wenn in S210 ermittelt wird, dass der Schwankungsbetrag ΔT in der Temperatur des Katalysatorbetts unterhalb des vorbestimmten Werts ΔT1 liegt, kehrt die ECU 50 zu den Basisverarbeitungen zurück, die in 11 gezeigt sind. Wenn die Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturroutine gemäß der hier beschriebenen Vorgehensweise ausgeführt wird, wird die Menge des Kraftstoffs, die dem Reformer 20 zugeführt wird, derart korrigiert, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird, der nicht oberhalb eines Wendepunkts in der Umgebung von O/C = 1 liegt. Daher kann der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 hervorragend innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten werden.
17 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären der Drosselöffnungskorrekturroutine in S16. Wie in 17 gezeigt ist, berechnet die ECU 50, nachdem sie die Verarbeitung von S14 durchgeführt hat, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 auf der Grundlage eines Signals, das von dem Abgas-A/F-Sensor 19 aufgenommen wurde, der an der Auslassleitung 6 angebracht ist (S300). Nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 berechnet wurde, ermittelt die ECU 50, ob das berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 unterhalb eines ersten Grenzwerts AF1 liegt oder nicht, der im Voraus ermittelt wird (S302). Der erste Grenzwert AF1 wird beispielsweise als ein Wert ermittelt, der um einen vorbestimmten Betrag (einen vorbestimmten Prozentanteil) kleiner als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 ist. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 wird durch eine Brennkraftmaschinendrehzahl, einen Brennkraftmaschinenlastzustand und ähnliches ermittelt.
Wenn in S302 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 unterhalb des Grenzwerts AF1 liegt, erhöht die ECU 50 (geringfügig) eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 um einen vorbestimmten Betrag oder einen Betrag, der einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 und dem Grenzwert AF1 entspricht, um das den Brennkammern 3 zugeführte Gemisch mager zu machen (S304). Wenn andererseits in S302 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 nicht unterhalb des Grenzwerts AF1 liegt, ermittelt die ECU 50 des Weiteren, ob das berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 oberhalb eines zweiten Grenzwerts AF2 liegt oder nicht (S306). Der zweite Grenzwert AF2 wird beispielsweise als ein Wert ermittelt, der um einen vorbestimmten Wert (einen vorbestimmten Prozentanteil) größer als ein Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnis in den Brennkammern 3 ist. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 wird durch eine Brennkraftmaschinendrehzahl, einen Brennkraftmaschinenlastzustand und ähnliches bestimmt. Wenn in S306 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 oberhalb des Grenzwerts AF2 liegt, verringert die ECU 50 (geringfügig) eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 um einen vorbestimmten Betrag oder einen Betrag, der einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 und dem Grenzwert AF2 entspricht, um das den Brennkammern 3 zugeführte Gemisch fett zu machen (S308).
Somit wird bei der Brennkraftmaschine 1A die Drosselöffnungskorrekturroutine ausgeführt und wird die Öffnung der elektronischen Drossel 12 geeignet einer Rückführkorrektur unter Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in den Brennkammern 3 unterzogen. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 genau auf einen gewünschten Wert eingerichtet werden. Nach dem Beenden der Verarbeitung in S304 oder S308 führt die ECU 50 die in 11 gezeigte Basisverarbeitung erneut durch. Wenn in S306 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 3 nicht oberhalb des Grenzwerts AF2 liegt, führt die ECU 50 die in 11 gezeigte Basisverarbeitung erneut ohne Korrigieren einer Drosselöffnung durch.
– Wenn sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand befindet –
Wenn sich, wie in 18 gezeigt ist, die Brennkraftmaschine 1A in einem Leerlaufzustand befindet, ermittelt die ECU 50 eine Solldrehzahl der Brennkraftmaschine 1A (S20). Nach der Ermittlung der Solldrehzahl richtet die ECU 50 gleichzeitig eine Luftmenge, die dem Reformer 20 zuzuführen ist (Reformerluftzufuhrmenge), eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, und eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 ein (S22).
In diesem Fall berechnet in S22 die ECU 50 eine Reformerluftzufuhrmenge entsprechend der Solldrehzahl aus einem (nicht gezeigten) Kennfeld, das so im Voraus vorbereitet ist, dass es eine Beziehung zwischen der Solldrehzahl der Brennkraftmaschine und der Luftmenge definiert, die dem Reformer 20 zuzuführen ist (Reformerluftzufuhrmenge). In S22 berechnet die ECU 50 eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, in Beziehung zu der Reformerluftzufuhrmenge, die so berechnet wird, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird. Darüber hinaus berechnet in S22 die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 aus einem Kennfeld, das so im Voraus vorbereitet ist, dass es eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 zum Abgleichen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in die Brennkammern 3 aufgenommenen Gemischs mit einem gewünschten Wert gemäß einer Solldrehzahl unter Berücksichtigung einer Reformerluftzufuhrmenge, die aus der Kennfeld berechnet wird, und einer Kraftstoffeinspritzmenge, die derart berechnet wird, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird, definiert.
Dadurch werden sowohl eine Menge des Gemischs, das dem Reformer 20 zugeführt wird (insbesondere eine Reformerluftzufuhrmenge + eine Kraftstoffeinspritzmenge), als auch eine Menge des Gemischs, das in die Brennkammern 3 aufgenommen wird (insbesondere das reformierte Gas + Luft, die aus der elektronischen Drossel 12 strömt), gleichzeitig gemäß einer Solldrehzahl eingerichtet. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20 wird im Wesentlichen konstant (O/C = 1) eingerichtet, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 als ein gewünschter Wert entsprechend einer Brennkraftmaschinendrehzahl, einem Brennkraftmaschinenlastzustand und dergleichen eingerichtet wird.
In S24 richtet die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 als die in S22 berechnete Öffnung ein, steuert das Durchflussrateneinstellventil 14, so dass ein Wert, der durch das Luftdurchflussmessgerät 16 für die Luftzufuhrleitung L1 angezeigt wird, gleich der Summe der in S22 berechneten Reformerluftzufuhrmenge und einer Durchflussmenge entsprechend der in S22 berechneten Öffnung der elektronischen Drossel 12 wird und verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 die in S22 berechnete Kraftstoffmenge einspritzt. Nach dem Durchführen der Verarbeitung von S24 berechnet die ECU 50 eine tatsächliche Drehzahl der Brennkraftmaschine 1A auf der Grundlage eines Signals, das von dem Drehzahlsensor 52 abgegeben wird, und ermittelt, ob die berechnete tatsächliche Drehzahl unterhalb eines Grenzwerts Ne1 liegt oder nicht, der um einen vorbestimmten Wert (einen vorbestimmten Prozentanteil) niedriger als die in S20 ermittelte Soll-Drehzahl ist (S26). Wenn in S26 ermittelt wird, dass die tatsächliche Drehzahl unterhalb des Grenzwerts Ne1 liegt, steuert die ECU 50 das Durchflussrateneinstellventil 14, um eine Reformerluftzufuhrmenge zu erhöhen (S28). In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzmenge in S22 so berechnet, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird. Wenn sich daher die Reformerluftzufuhrmenge erhöht, erhöht sich entsprechend die Kraftstoffeinspritzmenge ebenso. Zum Beibehalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in den Brennkammern 3 auf einem gewünschten Wert stellt die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 gemäß einer Erhöhung der Reformerluftzufuhrmenge und einer Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge ein.
Wenn in S26 ermittelt wird, dass die tatsächliche Drehzahl nicht unterhalb des Grenzwerts Ne1 liegt, ermittelt die ECU 50 des Weiteren, ob die berechnete tatsächliche Drehzahl oberhalb eines Grenzwerts Ne2 liegt oder nicht, der um einen vorbestimmten Wert (einen vorbestimmten Prozentanteil) höher als die Soll-Drehzahl ist (S30). Wenn in S30 ermittelt wird, dass die tatsächliche Drehzahl oberhalb des Grenzwerts Ne2 liegt, steuert die ECU 50 das Durchflussrateneinstellventil 14, um eine Reformerluftzufuhrmenge zu verringern (S32). In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzmenge in S22 ebenfalls so berechnet, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich 1 wird. Wenn sich daher die Reformerluftzufuhrmenge verringert, verringert sich die Kraftstoffeinspritzmenge ebenso entsprechend. Zum Beibehalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in den Brennkammern 3 auf einem gewünschten Wert stellt die ECU 50 eine Öffnung der elektronischen Drossel 12 gemäß einer Verringerung der Reformerluftzufuhrmenge und einer Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge ein. Wenn andererseits in S30 ermittelt wird, dass die tatsächliche Drehzahl nicht oberhalb des Grenzwerts Ne2 liegt, wird die Reformerluftzufuhrmenge nicht korrigiert. Während die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand verbleibt, werden die vorstehend genannten Verarbeitungen S20 bis S32 wiederholt. Auch wenn sich die Brennkraftmaschine 1A im Leerlaufzustand befindet, kann dadurch ein tatsächliches Drehmoment genau mit einem Soll-Drehmoment abgeglichen werden, während der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 im Wesentlichen konstant gehalten wird.
– Wenn der Reformer gestartet wird –
Wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 gestartet wird, um die Brennkraftmaschine 1A zu starten, ist der Reformerkatalysator im Reformerreaktionsabschnitt 22 oft nicht ausreichend aktiviert. Daher betreibt beim Starten der Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 die ECU 50 zuerst den Vorwärmer 23, der an dem stromaufwärtigen Ende des Reformerreaktionsabschnitts 22 angeordnet ist, wie in 19 gezeigt ist. Dadurch steigt die Temperatur des Katalysatorbetts im Reformerreaktionsabschnitt 22 des Reformers 20 graduell an. Nachdem der Vorwärmer 23 den Betrieb aufgenommen hat, überwacht die ECU 50 eine Temperatur des Katalysatorbetts (eine Temperatur in dem Reformer 20), die durch den Temperatursensor 18 erfasst wird.
Wenn auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals ermittelt wird, dass die Temperatur des Katalysatorbetts eine vorbestimmte Temperatur Ta erreicht hat, beginnt die ECU 50 die Zufuhr von Luft zu dem Reformer 20 von dem Durchflussrateneinstellventil 14 und die Einspritzung von Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15. In diesem Fall steuert die ECU 50, wie in 19 gezeigt ist, das Durchflussrateneinstellventil 14 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 so, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 gleich einem vorbestimmten Wert wird, der größer als 1 ist.
Wenn somit bei der Brennkraftmaschine 1A die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 gestartet wird, wird das Gemisch in dem Reformer 20 magerer (O/C größer 1) als das Gemisch während des stationären Betriebs (O/C gleich 1) gemacht. Dadurch ist es wahrscheinlich, dass eine vollständige Oxidationsreaktion, die durch eine Formel (2) ausgedrückt wird, die nachstehend gezeigt ist, in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 auftritt. Die vollständige Oxidationsreaktion erzeugt eine größere Wärmemenge als die teilweise Oxidationsreaktion, die durch die vorstehend angegebene Formel (1) ausgedrückt wird. C_mH_n + (m + n/4)O₂ → mCO₂ + (n/2)H₂O (2)
Als Folge wird bei der Brennkraftmaschine 1A die Zündung des Kraftstoffs in dem Reformerkatalysator unmittelbar dann vorangetrieben, nachdem die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 gestartet wurde. Wie in 19 gezeigt ist, kann der Reformerkatalysator auf eine Aktivierungstemperatur Tb in einem kurzen Zeitraum durch Erhöhen eines Anstiegsgrads (Änderungsbetrag) der Temperatur des Katalysators aufgeheizt werden. Die Annahme dieser Konstruktion macht es möglich, die Vorwärmung anzuhalten (insbesondere die Vorwärmzeitdauer zu verkürzen) oder die Vorwärmtemperatur zu verringern (insbesondere die Menge der elektrischen Leistung zu verringern, die dem Vorwärmer 23 zugeführt wird), bevor der Reformerkatalysator die Aktivierungstemperatur Tb erreicht, wie in 19 gezeigt ist.
Wenn auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals ermittelt wird, dass die Temperatur des Katalysatorbetts die vorbestimmte Temperatur Tb erreicht hat, richtet die ECU 50 das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Reformer 20 auf 1 ein, welcher ein Wert entsprechend einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine ist. Somit wird der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten und wird unterbunden, dass der Reformerkatalysator übermäßig aufgeheizt wird.
– Wenn der Reformer angehalten wird –
Wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 angehalten wird, um die Brennkraftmaschine 1A anzuhalten oder um die Brennkraftmaschine 1A so zu betreiben, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15x, die an dem Einlassleitung 5 angebracht ist, Kraftstoff während eines so genannten Kaltstarts einspritzt, kann die Sauerstoffmenge in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 des Reformers 20 teilweise übermäßig werden, so dass die Temperatur des Katalysatorbetts abrupt auf das Ausmaß für eine Verschlechterung des Reformerkatalysators ansteigen kann. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 in der Brennkraftmaschine 1A gemäß einer in den 20 und 21 gezeigten Prozedur angehalten.
Für diesen Fall schließt beim Aufnehmen einer Anweisung zum Anhalten der Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 die ECU 50 zunächst das Durchflussrateneinstellventil 14 vollständig und hält die Zufuhr von Luft über die Bypass-Leitung L2 vollständig an (S40). Nach dem Schließen des Durchflussrateneinstellventils 14 ermittelt die ECU 50 auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals, ob eine Temperatur T des Katalysatorbetts in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 unterhalb einer vorbestimmten Temperatur T1 liegt oder nicht (S42). Wenn in S42 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T1 liegt, hält die ECU 50 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 an und hält die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Reformer 20 an (S44).
Somit wird in der Brennkraftmaschine 1A die Zufuhr von Luft angehalten, bevor die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Reformer 20 angehalten wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die Sauerstoffmenge in dem Reformer 20 übermäßig wird, und kann unterbunden werden, dass die Reaktion in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 voranschreitet. Ebenso kann der Reformerkatalysator (der Reformer 20) gekühlt werden und es kann zuverlässig unterbunden werden, dass er sich in Folge eines abrupten Temperaturanstiegs verschlechtert. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Durchflussrateneinstellventil 14 vollständig geschlossen und wird die Zufuhr von Luft über die Bypass-Leitung L2 vollständig in S40 angehalten. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Die Verarbeitung von S40 muss nämlich nur die Menge der Luft verringern, die dem Reformer 20 zugeführt wird. Beispielsweise ist es geeignet, die Menge der Luft, die zuzuführen ist, auf ungefähr 50 % der Menge der zuvor zugeführten Luft zu verringern.
Nach dem Anhalten der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Reformer 20 in S44 ermittelt die ECU auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts bei dem Reformerreaktionsabschnitt 22 unterhalb einer vorbestimmten Temperatur T2 liegt oder nicht (T2 < T1) (S46). Auch wenn die Zufuhr von Kraftstoff in S44 angehalten wurde, kann die Sauerstoffmenge in dem Reformer 20 übermäßig werden und kann die Temperatur T des Katalysatorbetts unbeabsichtigt ansteigen, wie durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 21 gezeigt ist. Wenn daher in S46 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht unterhalb der vorbestimmten Temperatur T2 liegt, ermittelt die ECU 50 des Weiteren, ob die Temperatur T de Katalysatorbetts oberhalb einer vorbestimmten Temperatur T3 liegt oder nicht (T3 > T1) (S48).
Wenn in S48 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts oberhalb der vorbestimmten Temperatur T3 liegt, verursacht die ECU 50 erneut, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eine vorbestimmte Kraftstoffmenge einspritzt (S50). Somit wird auch, nachdem die Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer 20 zeitweilig angehalten wurde, die Sauerstoffmenge in dem Reformer 20 übermäßig, wenn die Temperatur T des Katalysatorbetts angestiegen ist. Daher kann durch Aufnehmen der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer 20 und damit einhergehendes Ausgleichen des Überschusses des Sauerstoffs in dem Reformer 20 der weitere Anstieg der Temperatur T des Katalysatorbetts unterbunden werden. Folglich kann die Kühlung des Reformerkatalysators und somit des gesamten Reformers 20 vorangetrieben werden.
Nach der Aufnahme der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer 20 in S50 ermittelt die ECU 50, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T1 liegt oder nicht (S42). Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T1 liegt, hält die ECU 50 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 an und hält die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Reformer 20 an (S44). Wenn in S48 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht oberhalb der vorbestimmten Temperatur T3 liegt, ermittelt die ECU 50 in S46 erneut, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T2 liegt oder nicht.
Wenn in S46 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T2 liegt, richtet die ECU 50 die Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14 als eine im Voraus ermittelte Öffnung ein und nimmt die Zufuhr von Luft zu dem Reformer 20 von der Bypass-Leitung L2 wieder auf (S52). Dadurch kann das in dem Reformer 20 verbliebene Gemisch abgelassen werden. Nach dem erneuten Öffnen des Durchflussrateneinstellventils 14 ermittelt die ECU 50 des Weiteren auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts in dem Reformerreaktionsabschnitt unterhalb einer vorbestimmten Temperatur T5 liegt oder nicht (T5 < T2) (S54).
Auch wenn die Zufuhr von Luft in S52 wieder aufgenommen wurde, kann die Sauerstoffmenge in dem Reformer 20 übermäßig werden und kann die Temperatur T des Katalysatorbetts als unbeabsichtigt ansteigen, wie durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 21 angedeutet ist. Wenn daher in S54 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht unterhalb der vorbestimmten Temperatur T5 liegt, ermittelt die ECU 50 des Weiteren, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts oberhalb der vorbestimmten Temperatur T4 liegt oder nicht (T4 > T2) (S56).
Wenn in S56 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts oberhalb der vorbestimmten Temperatur T4 liegt, verringert die ECU 50 eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14 und verringert die Menge an Luft, die dem Reformer 20 zugeführt wird, um eine vorbestimmte Menge (S58). Wenn somit die Temperatur T des Katalysatorbetts erneut nach der Wiederaufnahme der Zufuhr der Luft zu dem Reformer 20 angestiegen ist, kann ein weitergehender Anstieg der Temperatur T des Katalysatorbetts durch Verringern einer Luftmenge, die dem Reformer 20 zugeführt wird, unterdrückt werden. Folglich kann die Kühlung des Reformerkatalysators und somit des gesamten Reformers 20 vorangetrieben werden.
Nach der Verringerung der Menge der Luft, die dem Reformer 20 in S58 zugeführt wird, ermittelt die ECU 50, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T2 liegt oder nicht (S46). Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T2 liegt, richtet die ECU 50 die Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14 als eine im Voraus ermittelte Öffnung ein (S52). Wenn in S56 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht oberhalb der vorbestimmten Temperatur T4 liegt, ermittelt die ECU 50 erneut in S54, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T5 liegt oder nicht. Wenn in S54 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur T5 liegt, schließt die ECU 50 das Durchflussrateneinstellventil 14 vollständig und hält die Zufuhr der Luft zu dem Reformer 20 von der Bypass-Leitung L2 an (S60), wodurch der Reformer 20 vollständig angehalten wird.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die
22 und 23 beschrieben. Bauteile, die identisch mit denjenigen sind, die mit Bezug auf das vorstehend genannte erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Wiederholung der gleichen Beschreibung wird vermieden.
Die Brennkraftmaschine 1B, die in 22 gezeigt ist, hat im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die Brennkraftmaschine 1A gemäß dem vorstehend genannten zweiten Ausführungsbeispiel. Die Brennkraftmaschine 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, dass das Abgas (inaktives Gas), das von den Brennkammern 3 strömt, zu dem Reformer 20 rückgeführt werden kann. Das heißt, dass eine Abgasrückführungsleitung L4 von der Auslassleitung 6, die mit jeder der Brennkammern 3 verbunden ist, an einer Position stromabwärts von dem Abgas-A/F-Sensor 19 abzweigt. Das Durchflussrateneinstellventil 14B erstreckt sich über die Abgasrückführungsleitung L4. Die Abgasrückführungsleitung L4 ist an ihrem führenden Ende mit der Bypass-Leitung L2 zwischen dem Durchflussrateneinstellventil 14 und dem Reformer 20 verbunden. Die ECU 50 steuert das Durchflussrateneinstellventil 14B für die Abgasrückführungsleitung L4 ebenso wie das Durchflussrateneinstellventil 14 für die Bypass-Leitung L2. Die Abgasrückführungsleitung L4, das Durchflussrateneinstellventil 14B und die ECU 50 funktionieren als ein Abgasrückführungsabschnitt, der verursacht, dass von den Brennkammern 3 strömendes Abgas zu dem Reformer 20, rückgeführt wird. Bei der so aufgebauten Brennkraftmaschine 1B des dritten Ausführungsbeispiel richtet die ECU 50 ebenso wie in dem Fall der vorstehend genannten Brennkraftmaschinen 1 und 1A das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (O/C) des Gemischs in dem Reformer 20 als einen konstanten Wert (O/C = 1) ein, so dass der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird. Jedoch können verschiedenartige Faktoren die Wahrscheinlichkeit mit sich bringen, dass sich Kraftstoff und Luft nicht miteinander ausreichend in dem Reformer 20 mischen und dass keine Reformerreaktion bei dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs stattfindet.
Im Hinblick darauf ist bei der Brennkraftmaschine 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel das Durchflussrateneinstellventil 14B der Abgasrückführungsleitung L4 ständig mit einer vorbestimmten Öffnung geöffnet und wird Abgas, das von den Brennkammern 3 strömt, zu dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformer 20 rückgeführt. Dadurch können in der Brennkraftmaschine 1B Luft und Kraftstoff gut miteinander gemischt werden und kann das Innere des Reformerreaktionsabschnitts 22 geeignet aufgeheizt werden. Daher kann der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 hervorragend innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs gehalten werden.
Andererseits kann sich die Temperatur T des Katalysatorbetts in dem Reformer 20 im Ansprechen auf eine Änderung der Last oder dergleichen abrupt ändern. Eine abrupte Änderung der Temperatur des Reformers 20 kann die Wahrscheinlichkeit mit sich bringen, dass der Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs nicht erzielt wird oder dass die Temperatur T des Katalysatorbetts übermäßig ansteigt. Wie in 23 gezeigt ist, überwacht daher die ECU 50 ständig die Temperatur T des Katalysatorbetts bei dem Reformerreaktionsabschnitt 22 auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals.
Während nämlich der Reformer 20 in Betrieb ist, ermittelt die ECU 50 auf der Grundlage eines von dem Temperatursensor 18 abgegebenen Signals, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts oberhalb der bestimmten Temperatur Tx liegt oder nicht (S70). Wenn in S70 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts oberhalb der vorbestimmten Temperatur Tx liegt, erhöht die ECU 50 eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14B für die Abgasrückführungsleitung L4 um einen vorbestimmten Betrag, so dass sich die Menge an Abgas, die von den Brennkammern 3 zu dem Reformer 20 rückgeführt wird, erhöht (S72). Somit kann bei der Brennkraftmaschine 1B auch dann, wenn die Temperatur T des Katalysatorbetts aufgrund einer abrupten Änderung der Last oder ähnlichem angestiegen ist, ein weitergehender Anstieg der Temperatur T des Katalysatorbetts durch Verwenden des Abgases (Inertgases) unterdrückt werden, das von den Brennkammern 3 zu dem Reformer 20 rückgeführt wird. Als Folge kann der Reformerkatalysator und somit der gesamte Reformer 20 gekühlt werden.
Wenn in S70 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht oberhalb der vorbestimmten Temperatur Tx liegt, ermittelt die ECU 50, ob die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb einer vorbestimmten Temperatur Ty liegt oder nicht (Ty < Tx) (S74). Wenn in S74 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts unterhalb der vorbestimmten Temperatur Ty liegt, verringert die ECU 50 eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14B für die Abgasrückführungsleitung L4 um einen vorbestimmten Betrag, wobei sich somit die Menge an Abgas, die von den Brennkammern 3 zu dem Reformer 20 rückgeführt wird, verringert (S76). Dadurch kann eine Rückführung von mehr als einer erforderlichen Menge des Abgases von den Brennkammern 3 zu dem Reformer 20 verhindert werden und kann der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 ständig innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs gehalten werden.
Wenn in S74 ermittelt wird, dass die Temperatur T des Katalysatorbetts nicht unterhalb der vorbestimmten Temperatur Ty liegt, wenn nämlich die Temperatur T des Katalysatorbetts gleich wie oder höher als Ty und gleich wie oder niedriger als Tx ist, wird die Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14B für die Abgasrückführungsleitung L4 nicht geändert, sondern bei einer Öffnung entsprechend dem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine gehalten. Somit wird der Reformerwirkungsgrad des Reformers 20 zuverlässig innerhalb des vorstehend genannten gewünschten Bereichs gehalten.
Wenn in dem dritten Ausführungsbeispiel die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 angehalten wird, um die Brennkraftmaschine 1B anzuhalten oder um die Brennkraftmaschine 1B dadurch, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15x, die an dem Einlassleitung 5 angebracht ist, so betrieben wird, dass Kraftstoff während des so genannten Kaltstarts eingespritzt wird, wird die Menge des Abgases, die von den Brennkammern 3 zu dem Reformer 20 rückgeführt wird, erhöht.
Das heißt, dass beim Aufnehmen einer Anweisung zum Anhalten der Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 die ECU 50 der Brennkraftmaschine 1B eine Öffnung des Durchflussrateneinstellventils 14B für die Abgasrückführungsleitung L4 um einen vorbestimmten Betrag von einer Öffnung entsprechend dem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine erhöht. Wenn dadurch die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer 20 angehalten wird, kann verhindert werden, dass die Sauerstoffmenge in dem Reformer 20 übermäßig wird, kann das Auftreten einer Reaktion in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 unterdrückt werden und kann der Reformerkatalysator (der Reformer) gekühlt werden. Somit kann zuverlässig unterbunden werden, dass sich der Reformerkatalysator aufgrund eines abrupten Temperaturanstiegs verschlechtert.
Viertes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 24 und 25 beschrieben. Bauteile, die identisch mit denjenigen sind, die mit Bezug auf das vorstehend genannte erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine Wiederholung der gleichen Beschreibung wird vermieden.
Die Brennkraftmaschine 1C, die in 24 gezeigt ist, hat im Wesentlichen einen identischen Aufbau wie die Brennkraftmaschine 1A gemäß dem vorstehend genannten zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch hat die Brennkraftmaschine 1C gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel einen Reformer 20C, der von denjenigen verschieden ist, die bei den vorstehend genannten Brennkraftmaschinen 1, 1A und 1B vorgesehen sind. Wie in 24 gezeigt ist, hat der Reformer 20C eine Vielzahl von Reformerreaktionsabschnitten 22a und 22b, die entlang einer Strömungsrichtung eines Gemischs angeordnet sind, und ist zwischen den Reformerreaktionsabschnitten 22a und 22b ein Luftzufuhrabschnitt 24 definiert, in dem kein Reformerkatalysator angeordnet ist.
Eine Abzweigungsleitung L5 zweigt von der Bypass-Leitung L2 an einer Position zwischen dem gabelförmigen Abschnitt BP, der mit der Luftzufuhrleitung L1 verbunden ist, und dem Durchflussrateneinstellventil 14 ab. Ein Durchflussrateneinstellventil 14C erstreckt sich über die Abzweigungsleitung L5, die an ihrem führenden Ende mit dem Luftzufuhrabschnitt 24 zwischen den Reformerreaktionsabschnitten 22a und 22b verbunden ist. Die ECU 50 steuert das Durchflussrateneinstellventil 14C für die Abzweigungsleitung L5 ebenso wie das Durchflussrateneinstellventil 14 für die Bypass-Leitung L2. Die Abzweigungsleitung L5, das Durchflussrateneinstellventil 14C und die ECU 50 funktionieren als eine Einrichtung zum Zuführen von Luft (Sauerstoffzufuhrabschnitt) zu dem Luftzufuhrabschnitt 24, der zwischen die Reformerreaktionsabschnitte 22a und 22b gesetzt ist.
Bei der so aufgebauten Brennkraftmaschine 1C werden eine Menge an Luft (Reformerluftzufuhrmenge), die dem Reformer 20C über die Bypass-Leitung L2 und die Abzweigungsleitung L5 zugeführt wird, und eine Menge an Kraftstoff, der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt wird, nämlich eine Menge des Gemischs, das dem Reformer 20C zugeführt wird, derart eingerichtet, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem gesamten Reformer 20C gleich einem konstanten Wert (O/C = 1) wird und dass ein tatsächliches Drehmoment (Drehzahl) mit einem Soll-Drehmoment (Soll-Drehzahl) übereinstimmt.
Da eine Reformerreaktion in einer extrem kurzen Zeitdauer voranschreitet, neigt die Temperatur in dem Reformer (die emperatur des Katalysatorbetts) dazu, an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs hoch zu sein. Je stärker diese Neigung ist, umso mehr verschlechtert sich der Reformerkatalysator an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung. Wenn sich Luft und Kraftstoff miteinander stromaufwärts von dem Reformer (dem Reformerkatalysator) nicht gemischt haben, schreitet die vollständige Oxidationsreaktion, die durch die vorstehend genannte Formel (2) ausgedrückt wird, in einem Bereich entsprechend einer überschüssigen Sauerstoffmenge voran, so dass der Reformerkatalysator aufgeheizt wird. In einem Bereich entsprechend einer überschüssigen Kraftstoffmenge schreitet die Reformerreaktion nicht ausreichend voran, so dass unreformierter HC direkt mit reformiertem Gas gemischt werden kann.
Im Hinblick darauf wird bei der Brennkraftmaschine 1C gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel das Gemisch, das dem Reformreaktionsabschnitt 22a zugeführt wird, der stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 mit Bezug auf die Strömungsrichtung angeordnet ist, fett gemacht. Bei der Brennkraftmaschine 1C stellt nämlich die ECU 50 Öffnungen des Durchflussrateneinstellventils 14 für die Bypass-Leitung L2 und des Durchflussrateneinstellventils 14C für die Abzweigungsleitung L5 geeignet ein, so dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformers 20C kleiner als 1 wird. Dadurch kann unterbunden werden, dass der Reformerkatalysator in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 übermäßig aufgeheizt wird.
In diesem Fall verbleibt unreformiertes HC in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24. Das unreformierte HC wird größtenteils in dem aufgeheizten Reformerreaktionsabschnitt 22a vergast, mit Sauerstoff in dem Luftzufuhrabschnitt 24 gemischt und geeignet in dem Reformerreaktionsabschnitt 22b stromabwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 reformiert. Demgemäß ermöglicht die Brennkraftmaschine 1C, eine örtliche Verschlechterung des Reformerkatalysators zu unterdrücken, um zuverlässig Kraftstoff zu reformieren und den Reformerwirkungsgrad des Reformers 20C innerhalb eines gewünschten Bereichs exzellent zu halten. Wie vorstehend beschrieben ist, wird andererseits, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs bei dem Reformerreaktionsabschnitt 22a stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 fett gemacht wurde, die Menge des Kraftstoffs, der in der Atmosphäre in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a an der stromaufwärtigen Seite enthalten ist, übermäßig, so dass eine Verkokung des Reformerkatalysators in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a verursacht werden kann. Im Hinblick darauf wird auch in dem Fall, dass Luft von der Abzweigungsleitung L5 zu dem Luftzufuhrabschnitt 24 des Reformers 20C zugeführt wird, bei der Brennkraftmaschine 1C, wenn eine vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt ist, das Gemisch in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 mager gemacht.
Das heißt, dass die ECU 50 der Brennkraftmaschine 1C, wie in 25 gezeigt ist, ständig ermittelt, ob die Verkokung in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a stromaufwärts von dem Luftzufuhrabschnitt 24 verursacht werden kann oder nicht (S80). In diesem Fall kann die Anwesenheit oder die Abwesenheit einer Verkokung aus einer Betriebsdauer des Reformers 20C oder ähnlichem ermittelt werden, beispielsweise nachdem eine Temperatur des Katalysatorbetts, eine Menge der dem Reformerreaktionsabschnitt 22a zugeführten Luft, eine Menge des dem Reformerreaktionsabschnitt 22a zugeführten Kraftstoffs und dergleichen erfasst wurde.
Wenn in S80 ermittelt wird, dass eine Verkokung in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a verursacht werden kann, richtet die ECU 50 Öffnungen des Durchflussrateneinstellventils 14 für die Bypass-Leitung L2 und das Durchflussrateneinstellventil 14C für die Abzweigungsleitung L5 derart ein, dass das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformers 20C über eine vorbestimmte Zeitdauer oberhalb von 1 verbleibt (S82). Dadurch wird die Menge an Sauerstoff, die in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a enthalten ist, zeitweilig übermäßig gemacht. Als Folge kann das Auftreten einer Verkokung unterdrückt werden und kann der Reformerkatalysator, bei dem die Verkokung verursacht wurde, wiederhergestellt werden. Wenn in S80 ermittelt wird, dass das Auftreten der Verkokung unwahrscheinlich ist, wird das Verhältnis O/C des Gemischs in dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 kleiner als ein üblicher Wert von 1 eingerichtet, um das Gemisch in dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformers 20C fett zu machen (S84).
In dem vierten Ausführungsbeispiel kann der Betrag (die Menge) des Katalysators, der an dem Reformerreaktionsabschnitt 22a an der stromaufwärtigen Seite geträgert ist, geringer als der Betrag (die Menge) des Katalysators sein, der an dem Reformerreaktionsabschnitt 22b an der stromabwärtigen Seite geträgert ist. Wenn Wabenmaterialien, an denen der Reformerkatalysator geträgert ist, in den Reformerreaktionsabschnitten 22a und 22b angeordnet sind, kann die Anzahl der Zellen in dem Wabenmaterial, das in dem Reformerreaktionsabschnitt 22a an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, kleiner als die Anzahl von Zellen in dem Wabenmaterial gemacht werden, das in dem Reformerreaktionsabschnitt 22b an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Des Weiteren kann der Reformerreaktionsabschnitt 22a mit einem Vorwärmer versehen sein.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 26 bis 28 beschrieben. Bauteile, die mit denjenigen identisch sind, die mit Bezug auf das vorstehend genannte erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine Wiederholung der gleichen Beschreibung wird vermieden.
26 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Reformers 200, der auf die Brennkraftmaschinen 1, 1A und 1B gemäß den vorstehend genannten ersten bis dritten Ausführungsbeispielen angewendet werden kann. Bei dem Reformer 200, der in 26 gezeigt ist, ist der Reformerreaktionsabschnitt 22 in der Strömungsrichtung des Gemischs in eine Vielzahl von Bereichen 22x, 22y und 22z geteilt. Ein Wabenmaterial, an dem ein Reformerkatalysator geträgert ist, ist an jedem der Bereiche 22x, 22y und 22z geträgert. In dem fünften Ausführungsbeispiel sind der Betrag (die Menge) des Reformerkatalysators, der an dem Wabenmaterial in dem Bereich 22x an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs geträgert ist, und der Betrag (die Menge) des Reformerkatalysators, der an dem Wabenmaterial in dem Bereich 22z an der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs geträgert ist, kleiner als der Betrag (die Menge) des Reformerkatalysators, der an dem Wabenmaterial in dem Bereich 22y zwischen den Bereichen 22x und 22y geträgert ist.
Somit sind bei dem Reformer 200 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel in dem Reformerreaktionsabschnitt 22 an seinen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs Katalysatorbereiche 22x und 22y mit geringer Trägerung vorgesehen, während der Betrag des Reformerkatalysators, der an jedem der Katalysatorbereiche 22x und 22y mit geringer Trägerung angeordnet ist, geringer als der Betrag des Reformerkatalysators ist, der in dem Bereich 22y angeordnet ist. Während sich der Reformer 200 im Betrieb befindet, wird dadurch der Fortschritt einer Reformerreaktion in dem Bereich 22x an der stromaufwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 unterdrückt. Daher kann ein übermäßiger Temperaturanstieg des Reformerkatalysators unterdrückt werden, der im Allgemeinen an der stromaufwärtigen Seite des Reformers verursacht werden kann. Bei dem Reformer 200 nimmt der Bereich 22x an dem stromaufwärtigen Ende des Reformerreaktionsabschnitts 22 Wärme von dem Bereich 22y an der stromabwärtigen Seite auf und wird geeignet aufgeheizt. Somit kann Kraftstoff, der dem Luft-Kraftstoff-Mischabschnitt 21 des Reformers 200 zugeführt wird, vergast und gut mit Luft in dem Bereich 22x an der stromaufwärtigen Seite gemischt werden. Darüber hinaus wird bei dem Reformer 200 Reaktionswärme, die in dem Bereich 22y erzeugt wird, der kein Katalysatorbereich mit geringer Trägerung ist, ebenso auf den Bereich 22z an der strom abwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 übertragen. Daher kann die Wärmeabfuhrleistungsfähigkeit des Reformers 200 im Ganzen verbessert werden und kann wirksam verhindert werden, dass der Reformerkatalysator aufgeheizt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Reformer 200 sind sowohl der Bereich 22x an der stromaufwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 als auch der Bereich 22z an der stromabwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 als Katalysatorbereiche mit geringer Trägerung bezeichnet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Wie im Fall des Reformers 200a, der in 27 gezeigt ist, ist es nämlich ebenso geeignet, dass nur der Bereich 22x an der stromaufwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 als ein Katalysatorbereich mit geringer Trägerung ausgelegt ist. Wie im Fall eines Reformers 200B, der in 28 gezeigt ist, ist es ebenso geeignet, dass nur der Bereich 22z an der stromabwärtigen Seite des Reformerreaktionsabschnitts 22 als Katalysatorbereich mit geringer Trägerung ausgelegt ist. Die Annahme dieser Konstruktionen macht es ebenso möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Reformerkatalysators zu verhindern, der wahrscheinlich an der stromaufwärtigen Seite des Reformers 200A oder 200B verursacht wird, die Wärmeabfuhrleistungsfähigkeit des Reformers 200A oder 200B im Ganzen zu verbessern und wirksam zu verhindern, dass der Reformerkatalysator aufgeheizt wird.
Bei den Reformern 200, 200A und 200B des fünften Ausführungsbeispiels kann der Betrag des Katalysators, der an den Katalysatorbereichen mit geringer Trägerung geträgert ist, durch eine Konstruktion zu Null gemacht werden, bei der Wabenmaterialien ohne daran geträgerten Katalysator in den Bereichen 22x und 22z des Reformerreaktionsabschnitts 22 angeordnet werden. Die Annahme dieser Konstruktion macht es ebenso möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Reformerkatalysators zu verhindern, der wahrscheinlich an der stromaufwärtigen Seite des Reformers verursacht wird, die Wärmeabfuhrleistungsfähigkeit des Reformers im Ganzen zu verbessern und wirksam zu verhindern, dass der Reformerkatalysator aufgeheizt wird. Wenn zusätzlich die vorstehend erwähnten Reformer 200, 200A und 200B mit dem unter Bezugnahme auf das dritte Ausführungsbeispiel beschriebenen Luftzufuhrabschnitt versehen werden, können sie auf die vorstehend erwähnte Brennkraftmaschine 1C angewendet werden.
Somit ist die Brennkraftmaschine 1, 1A, 1B, 1C gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Brennkammer 3, einen Reformer 20, 20C, 200, 200A, 200B und einen Steuerungsabschnitt 50. Ein vorbestimmter Kraftstoffbestandteil wird in der Brennkammer 3 verbrannt. Der Reformer 20, 20C, 200, 200A, 200B hat einen Reformerkatalysator, der ein reformiertes Gas erzeugt, das den Kraftstoffbestandteil enthält, das durch Reformieren eines Gemischs von Kraftstoff und Luft erhalten wird und das der Brennkammer 3 zugeführt wird. Der Steuerungsabschnitt 50 richtet ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer 20, 20C, 200, 200A, 200B derart ein, dass ein Reformerwirkungsgrad des Reformers innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, und richtet eine Menge des Gemischs, das dem Reformer zugeführt wird, derart ein, dass ein tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine 1, 1A, 1B, 1C mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt.

Claims

Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit einer Brennkammer (3), in der ein vorbestimmter Kraftstoffbestandteil verbrannt wird, mit: einem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B), der einen Reformerkatalysator hat und durch Reformieren eines Gemischs von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft ein reformiertes Gas erzeugt, das Kohlenmonoxid und als den vorbestimmten Kraftstoffbestandteil Wasserstoff enthält und der Brennkammer (3) zugeführt wird; einer Luftzufuhrleitung (L1) zum Mischen von Luft mit dem von dem Reformer (20, 20B, 200, 200A, 200B) erzeugten reformierten Gas, der mit einem Einstellabschnitt (12; 12, 14x) versehen ist, der eine Menge an Luft einstellt, die über die Luftzufuhrleitung (L1) mit dem reformierten Gas gemischt wird; und einem Steuerungsabschnitt (50), der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) derart einrichtet, dass ein Reformerwirkungsgrad des Reformers (20, 22C, 200, 200A, 200B) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, und der eine Menge des dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführten Gemischs derart einrichtet und den Einstellabschnitt (12; 12, 14x) derart steuert, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs, das in die Brennkammer (3) aufgenommen wird, gleich einem gewünschten Wert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsabschnitt (50) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) einrichtet, indem er ein Verhältnis einer Anzahl von Sauerstoffatomen in Luft zu einer Anzahl von Kohlenstoffatomen in Kraftstoff, das dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführt wird, im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,4 bis 1,1 einrichtet; und der Steuerungsabschnitt (50) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Brennkammer (3) aufgenommenen Gemischs derart einrichtet, dass ein tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt.
Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) nach Anspruch 1, wobei der Steuerungsabschnitt (50) das Verhältnis der Anzahl von Sauerstoffatomen zur Anzahl von Kohlenstoffatomen im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1,05 einstellt.
Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerungsabschnitt (50) eine Menge an Luft, die dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführt wird, derart einrichtet, dass das tatsächliche Drehmoment der Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit dem Soll-Drehmoment übereinstimmt, und eine Menge an Kraftstoff, die dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführt wird, auf der Grundlage der dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführten Menge an Luft und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einrichtet.
Brennkraftmaschine (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Steuerungsabschnitt (50) im Wesentlichen gleichzeitig Mengen an Luft und Kraftstoff, die dem Reformer (20) zugeführt werden, und die Menge an Luft, die mit dem reformierten Gas gemischt wird, gemäß dem Soll-Drehmoment einrichtet.
Brennkraftmaschine (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren mit einem Temperaturerfassungsabschnitt (18), der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst, wobei der Steuerungsabschnitt (50) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) auf der Grundlage eines Werts schätzt, der durch den Temperaturerfassungsabschnitt (18) erfasst wird.
Brennkraftmaschine (1A) nach Anspruch 5, wobei der Steuerungsabschnitt (50) das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Reformer (20) gemäß einer Menge an Kraftstoff korrigiert, die dem Reformer (20) zugeführt wird.
Brennkraftmaschine (1A) nach Anspruch 5, wobei der Steuerungsabschnitt (50) auf der Grundlage des geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Menge an Kraftstoff einstellt, die dem Reformer (20) zugeführt wird.
Brennkraftmaschine (1A) nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren mit einem Temperaturerfassungsabschnitt (18), der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst, wobei der Steuerungsabschnitt (50) auf der Grundlage der durch den Temperaturerfassungsabschnitt (18) erfassten Temperatur eine Menge an Kraftstoff einstellt, die dem Reformer (20) zugeführt wird.
Brennkraftmaschine (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Steuerungsabschnitt (50) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs des Kraftstoffs und der Luft in dem Reformer (20) größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs einrichtet, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer (20) gestartet wird.
Brennkraftmaschine (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei vor dem Anhalten der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Reformer (20) eine Luftzufuhrmenge verringert wird, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer (20) angehalten wird.
Brennkraftmaschine (1B) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Abgasrückführungsabschnitt (L4), der verursacht, dass von der Brennkammer (3) strömendes Abgas zu dem Reformer (20) rückgeführt wird.
Brennkraftmaschine (1B) nach Anspruch 11, mit: einem Temperaturerfassungsabschnitt (18), der eine Temperatur des Reformerkatalysators erfasst; und einem Steuerungsabschnitt (50), der den Abgasrückführungsabschnitt (L4) auf der Grundlage der durch den Temperaturerfassungsabschnitt (18) erfassten Temperatur steuert.
Brennkraftmaschine (1B) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Abgasrückführungsabschnitt (L4) die Menge des zum Reformer (20) rückgeführten Abgases erhöht, wenn die Zufuhr des Gemischs zu dem Reformer (20) angehalten wird.
Brennkraftmaschine (1C) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reformer (20C) eine Vielzahl von Reformerreaktionsabschnitten (22a, 22b), die entlang einer Strömungsrichtung des Gemischs angeordnet sind, und einen Sauerstoffzufuhrabschnitt (L5, 14C) hat, der einem Reformereinströmungsabschnitt (24), der zwischen die Reformerreaktionsabschnitte (22a, 22b) gesetzt ist, Sauerstoff zuführt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt (22a), der mit Bezug auf die Strömungsrichtung stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt (24) angeordnet ist, kleiner als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs eingerichtet wird.
Brennkraftmaschine (1C) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reformer (20C) eine Vielzahl von Reformerreaktionsabschnitten (22a, 22b), die entlang einer Strömungsrichtung des Gemischs angeordnet sind, und einen Sauerstoffzufuhrabschnitt (L5, 14C) hat, der einem Reformereinströmungsabschnitt (24), der zwischen die Reformerreaktionsabschnitte (22a, 22b) gesetzt ist, Sauerstoff zuführt, der Sauerstoffzufuhrabschnitt (L5, 14C) dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt (24) des Reformers (20) Sauerstoff zuführt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in dem Reformerreaktionsabschnitt (22a), der mit Bezug auf die Strömungsrichtung stromaufwärts von dem Sauerstoffeinströmungsabschnitt (24) angeordnet ist, bei der Erfüllung einer vorbestimmten Betriebsbedingung größer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Reformerwirkungsgrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs eingerichtet wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reformer (200, 200A, 200B) einen Reformerreaktionsabschnitt (22y) hat, in dem der Reformerkatalysator angeordnet ist, und der Reformerreaktionsabschnitt (22y) mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Gemischs zumindest entweder an einem stromaufwärtigen Ende davon oder an einem stromabwärtigen Ende davon einen Katalysatorbereich (22x, 22z) mit geringer Trägerung hat, wobei eine Menge des Reformerkatalysators in dem Katalysatorbereich (22x, 22z) mit geringer Trägerung kleiner als eine Menge des Reformerkatalysators in jedem anderen Bereich ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit einer Brennkammer (3), in der ein vorbestimmter Kraftstoffbestandteil verbrannt wird, und einem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B), der einen Reformerkatalysator hat und durch Reformieren eines Gemischs von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Luft ein reformiertes Gas erzeugt, das Kohlenmonoxid und als den vorbestimmten Kraftstoffbestandteil Wasserstoff enthält und der Brennkammer (3) zugeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Einrichten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs in dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B), so dass ein Reformerwirkungsgrad des Reformers (20, 20C, 200, 200A, 200B) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, in dem ein Verhältnis einer Anzahl von Sauerstoffatomen in Luft zu einer Anzahl von Kohlenstoffatomen in Kraftstoff, das dem Reformer (20, 20B, 200, 200A, 200B) zugeführt wird, im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,4 bis 1,1 eingerichtet wird; Mischen des von dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) erzeugten reformierten Gases mit Luft, so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Brennkammer (3) aufgenommenen Gemischs gleich einem gewünschten Wert wird; und Einrichten einer Menge des dem Reformer (20, 20C, 200, 200A, 200B) zugeführten Gemischs, so dass ein tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine (1, 1A, 1B, 1C) mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1, 1A, 18, 1C) nach Anspruch 17, wobei das Verhältnis der Anzahl von Sauerstoffatomen zur Anzahl von Kohlenstoffatomen im Wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1,05 eingerichtet wird.