JP2009138567A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、改質ガスの生成状態に応じてＥＧＲガスの還流量を適切に設定することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０には、排気ガスの熱を利用して改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒２８を設ける。改質制御では、燃料改質触媒２８の作用によって生成された可燃ガスを、排気ガスと共にＥＧＲガスとして吸気系に還流させる。ＥＣＵ５０は、触媒２８への燃料供給を開始したときに、ＥＧＲガスの還流量をすぐには増大させず、可燃ガスセンサ５８により改質ガスの生成が確認されてから、その生成量に応じてＥＧＲガスの還流量を増大させる。これにより、改質ガス量とＥＧＲ量とのバランスを良好に保持しつつ、通常ＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御への切換動作をスムーズに行うことができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、燃料改質触媒によって燃料から可燃ガスを生成し、この可燃ガスを吸気系に還流させる構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００６−１０５０１１号公報）に開示されているように、排気ガスの熱を利用して燃料を可燃ガスに改質する構成とした内燃機関が知られている。この種の従来技術による内燃機関の制御装置は、水蒸気改質反応等によって燃料から可燃ガスを生成するための燃料改質触媒を備えている。

燃料改質触媒は、燃料から生成した可燃ガスを排気ガスと共に吸気系に還流させる制御（改質ＥＧＲ制御）に用いられる。この改質ＥＧＲ制御において、ＥＧＲガスの還流量は、排気ガスの還流路に設けられた流量調整弁によって調整され、内燃機関の運転状態に応じて適切なＥＧＲ率となるように制御される。

一般に、改質ＥＧＲ制御では、ＥＧＲガス中に可燃ガスが含まれる分だけ燃焼性が良好となる。このため、改質ＥＧＲ制御中のＥＧＲ率は、排気ガスのみを吸気系に還流させる通常のＥＧＲ制御よりも高い値に設定することができる。

しかしながら、改質ＥＧＲ制御の開始時には、燃料改質触媒に燃料を供給してから可燃ガスが実際に生成されるまでの間に、ある程度の時間遅れが存在する。また、燃料の供給量を増やした場合にも、ある程度の時間遅れをもって可燃ガスの生成量が増大する。

従って、触媒への燃料供給を開始（増量）した時点でＥＧＲ率を高くすると、ＥＧＲガスの還流量に対して可燃ガスの生成量が一時的に不足する虞れがある。このため、従来技術では、触媒への燃料供給量を増量してから所定時間が経過したときに、流量調整弁の開度を増大させることにより、可燃ガスの生成タイミングに合わせてＥＧＲ率を高める構成としている。

特開２００６−１０５０１１号公報

ところで、上述した従来技術では、燃料の供給量を増量してから所定時間後にＥＧＲ率を高めることにより、可燃ガスの生成タイミングに合わせてＥＧＲガスの還流量を増やす構成としている。

しかしながら、可燃ガスの生成状態は、内燃機関の運転状態（例えば排気ガス、ＥＧＲガスの流量等）に応じて大きく変動する。従って、前記所定時間として必要な時間長も、内燃機関の運転状態によって大きく左右されることになる。

このため、従来技術では、触媒への燃料供給を開始（増量）したときに、ＥＧＲガスを増量させるタイミングを適切に設定するのが難しいという問題がある。そして、ＥＧＲガスの増量タイミングがずれた場合には、例えばＥＧＲ率が一時的に過少となり、改質ＥＧＲ制御の効果が十分に得られないことがある。また、ＥＧＲ率が一時的に過大となることもあり、この場合には、燃費性能やドライバビリティが悪化してしまう。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可燃ガスの生成状態に応じてＥＧＲガスの還流量を適切に設定することができ、改質ＥＧＲ制御を安定的に行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
少なくともガソリンを含む燃料を前記改質燃料として前記燃料改質触媒に供給する改質燃料供給手段と、
前記燃料改質触媒の下流側に接続され、内燃機関の排気ガスまたは前記可燃ガスと排気ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲガスの還流量を可変に設定するＥＧＲ可変手段と、
前記燃料改質触媒による前記可燃ガスの生成量を検出する改質量検出手段と、
前記ＥＧＲ可変手段を駆動することにより、前記可燃ガスの生成量に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御する改質量対応制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記改質量対応制御手段は、前記可燃ガスの生成量が増えるにつれて、前記ＥＧＲガスの還流量を増大させる構成としている。

第３の発明によると、前記改質量対応制御手段は、前記可燃ガスの生成が開始されてから当該生成量が目標値に達するまでの間に、前記可燃ガスの生成量に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を増大させる構成としている。

第４の発明は、前記可燃ガスが非検出状態であるときに、内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御する通常ＥＧＲ制御手段と、
前記可燃ガスの生成量が目標値に達しているときに、内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御しつつ、前記還流量を前記通常ＥＧＲ制御手段よりも大きな値に設定する改質ＥＧＲ制御手段と、を備え、
前記改質量対応制御手段は、前記通常ＥＧＲ制御手段から前記改質ＥＧＲ制御手段に制御手段が切換わるときに、前記ＥＧＲガスの還流量を徐々に増大させる構成としている。

第５の発明は、前記可燃ガスの生成量が目標値に達したときに、前記改質量対応制御手段の作動を停止させる停止手段を備える構成としている。

第６の発明によると、前記改質量検出手段は、前記燃料改質触媒の下流側に配置され、前記可燃ガスの濃度を検出する可燃ガスセンサである構成としている。

第７の発明は、排気ガスの熱によって前記燃料改質触媒を加熱する熱交換器を備える構成としている。

第１の発明によれば、改質量対応制御手段は、改質量検出手段によって可燃ガスの生成量（可燃ガス量）を検出することができる。このため、可燃ガス量が増減する場合でも、実際の可燃ガス量に応じてＥＧＲガスの還流量（ＥＧＲ量）を適切に制御することができる。即ち、改質燃料の供給状態を変化させる時期と、これに伴って可燃ガス量が増減する時期との間に時間遅れがある場合でも、この時間遅れの影響を受けることなく、可燃ガス量が増減するタイミングに合わせてＥＧＲ量を的確に変化させることができる。

従って、可燃ガス量とＥＧＲ量とのバランスが崩れるのを回避することができ、これらのバランスを良好に保持しつつ、制御の切換等をスムーズに行うことができる。これにより、ＥＧＲ制御の効果を安定的に発揮することができ、燃費性能やドライバビリティを良好に保持することができる。

第２の発明によれば、改質量対応制御手段は、可燃ガス量が増えるにつれて、ＥＧＲ量を増大させることができる。即ち、可燃ガスの含有量が増えてＥＧＲガスの燃焼性が向上した分だけ、吸気系に還流されるＥＧＲ量を増大させることができる。従って、可燃ガス量とＥＧＲ量とのバランスを良好に保持することができる。

第３の発明によれば、改質量対応制御手段は、可燃ガスの生成が開始されてから当該生成量が目標値に達するまでの間に、可燃ガス量に応じてＥＧＲ量を増大させることができる。ここで、目標値は、例えば燃料改質触媒の性能、改質燃料の供給状態等に応じて設定することができる。そして、可燃ガス量が目標値に達したときには、改質燃料の供給状態が可燃ガス量に反映されていると判断することができる。

従って、この場合には、制御の変化等による過渡期間は終了したものとみなすことができ、改質量対応制御手段を停止することができる。これにより、例えば過渡期の必要なタイミングにのみ改質量対応制御手段を作動させることができ、制御の切換等をスムーズに行うことができる。

第４の発明によれば、通常ＥＧＲ制御手段は、可燃ガスが非検出状態であるときに、通常のＥＧＲ制御を行うことができる。また、改質ＥＧＲ制御手段は、可燃ガス量が目標値に達しているときに、ＥＧＲ量を通常のＥＧＲ制御よりも増大させることができる。そして、改質量対応制御手段は、通常ＥＧＲ制御手段から改質ＥＧＲ制御手段に制御手段が切換わるときに、ＥＧＲ量を徐々に増大させることができる。これにより、制御の切換時にＥＧＲ量が急変するのを回避することができ、切換をスムーズに行うことができる。

第５の発明によれば、停止手段は、可燃ガスの生成量が目標値に達したときに、改質量対応制御手段の作動を停止させることができる。これにより、過渡期の必要なタイミングにのみ改質量対応制御手段を作動させることができ、過渡期間の終了時には、他の制御へとスムーズに移行することができる。

第６の発明によれば、可燃ガスセンサは、可燃ガスの濃度を検出することができる。このため、例えばＥＧＲ可変手段により設定したＥＧＲガスの還流量と、可燃ガスセンサにより検出した可燃ガスの濃度とを用いて、可燃ガスの生成量（流量）を検出することができる。

第７の発明によれば、熱交換器は、排気ガスの熱を利用して燃料改質触媒を加熱することができ、この熱によって改質反応を生じさせることができる。これにより、排気熱回収型のシステムを構成することができ、触媒専用の加熱機器や加熱エネルギが不要となるので、高い運転効率を実現することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、例えば多気筒型の内燃機関１０を備えている。この内燃機関１０は、アルコールとガソリンとを混合した燃料によって運転されるものであり、本実施の形態では、その一例として、エタノールとガソリンとの混合燃料を用いるものとする。

内燃機関１０の吸気管１２は、吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。吸気管１２の途中には、吸入空気量を調整する電動式のスロットル弁１６が設置されている。各気筒の吸気ポートには、燃料を噴射するための電磁弁等からなる燃料噴射装置１８がそれぞれ設けられている。

内燃機関１０の排気管２０は、排気マニホールド２２を介して各気筒の排気ポートに接続されている。また、排気管２０の途中には、熱交換器２４が設けられている。そして、熱交換器２４内には、複数の改質室２６が互いに間隔をもって形成されており、これらの改質室２６内には、例えばＲｈ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属材料を含有する燃料改質触媒２８が担持されている。

各改質室２６の間には、改質室２６と遮断された排気通路３０が設けられている。これらの排気通路３０は、排気管２０の途中に接続されている。このように構成された熱交換器２４によれば、排気通路３０を通過する排気ガスの熱により、改質室２６（燃料改質触媒２８）を加熱することができる。この加熱により、燃料改質触媒２８は、後述の改質反応を生じさせることができる。

排気管２０には、熱交換器２４の上流側で分岐する分岐管３２が設けられている。分岐管３２の下流側は、熱交換器２４の改質室２６に接続されている。分岐管３２の途中には、改質燃料供給手段としての改質燃料噴射弁３４が設けられている。この改質燃料噴射弁３４は、電磁弁等からなり、分岐管３２内を流れる排気ガス中に燃料（以下、改質燃料と称す）を噴射、供給するものである。

この構成により、排気管２０を流れる排気ガスの一部は、分岐管３２によって改質室２６に導入され、改質燃料噴射弁３４によって改質燃料の供給を受ける。これらの排気ガスと改質燃料との混合ガスは、改質室２６に流入し、燃料改質触媒２８の作用によって後述の改質反応を起こす。

この改質反応により生成された改質ガス（可燃ガス）は、排気ガスと混合されたＥＧＲガスとなる。そして、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気管１２内に還流され、吸入空気と混合される。ＥＧＲ通路３６は、一端側が改質室２６（燃料改質触媒２８）の下流側に接続され、他端側が吸気管１２に接続されている。

また、ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するための冷却器３８と、吸気管１２に対するＥＧＲガスの還流量（以下、ＥＧＲ量と称す）を可変に設定する電磁式の流量調整弁４０とが設けられている。流量調整弁４０は、本実施の形態のＥＧＲ可変手段を構成している。

また、排気管２０を流れる排気ガスのうち、分岐管３２に流入しなかった残りの排気ガスは、熱交換器２４の排気通路３０を通過し、改質室２６に熱を供給する。そして、この排気ガスは、排気管２０に設けられた三元触媒等からなる排気浄化触媒４２によって浄化され、外部に排出される。

一方、内燃機関１０において、エタノールとガソリンとの混合燃料は、燃料タンク４４に貯留されている。燃料タンク４４には、タンク内の燃料を加圧した状態で外部に送出するための燃料ポンプ（図示せず）が付設されている。この燃料ポンプの吐出側には、ポンプから吐出された燃料を燃料噴射装置１８及び改質燃料噴射弁３４にそれぞれ供給する燃料配管４６が接続されている。

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、排気ガスセンサ５２、燃料性状センサ５４、触媒温度センサ５６、可燃ガスセンサ５８等を含むセンサ系統が接続されている。

排気ガスセンサ５２は、排気管２０に設けられており、排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。また、燃料性状センサ５４は、例えば燃料配管４６に設けられており、燃料中のガソリンとアルコールとの混合比率を検出する。触媒温度センサ５６は、熱交換器２４の改質室２６に設けられており、改質室２６（燃料改質触媒２８）の温度を検出するものである。

可燃ガスセンサ５８は、改質ガスの生成量（以下、改質ガス量と称す）を検出するための改質量検出手段を構成している。より具体的に述べると、可燃ガスセンサ５８は、例えば改質ガス中のＨ_２濃度を検出する水素濃度センサ、または改質ガス中のＣＯ濃度を検出する一酸化炭素濃度センサ等により構成されている。

そして、可燃ガスセンサ５８は、燃料改質触媒２８の下流側に位置してＥＧＲ通路３６に設けられている。ＥＣＵ５０は、可燃ガスセンサ５８によって検出した改質ガスの濃度と、流量調整弁４０によって設定したＥＧＲガスの還流量とを用いて、改質ガスの生成量（流量）を検出することができる。

また、ＥＣＵ５０の入力側に接続されたセンサ系統には、例えば機関回転数を検出する回転センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等のように、内燃機関１０の運転制御に用いられる一般的なセンサが含まれている。

一方、ＥＣＵ５０の出力側には、前述したスロットル弁１６、燃料噴射装置１８、改質燃料噴射弁３４、流量調整弁４０、燃料ポンプ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転状態をセンサ系統によって検出しつつ、各アクチュエータを駆動することによって運転制御を行う。

この運転制御では、吸入空気量等に応じて燃料の噴射量を算出し、当該噴射量分の燃料を燃料噴射装置１８から噴射させる。また、排気ガスセンサ５２の検出信号を用いて空燃比フィードバック制御を行うことにより、排気浄化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となるように制御する。

（改質ＥＧＲ制御）
また、ＥＣＵ５０は、以下に述べるように、排気ガスと改質燃料との改質反応によって生成された改質ガスを、排気ガスと共に吸気管１２内に還流させる改質ＥＧＲ制御を行う。この改質ＥＧＲ制御では、まず分岐管３２内を流れる排気ガスに対して、改質燃料噴射弁３４から改質燃料を噴射し、これらの混合ガスを改質室２６に流入させる。このとき、ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の運転状態、燃料中のエタノール濃度、燃料改質触媒２８の温度等に応じて、改質燃料の適切な噴射量（供給量）を決定する。

これにより、改質室２６内では、燃料改質触媒２８の作用により、混合ガス中のエタノールと、排気ガス中の水蒸気および二酸化炭素とが改質反応（水蒸気改質反応）を起こす。この水蒸気改質反応により、下記の(１)式に示すように、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成される。

C₂H₅OH＋0.4CO₂＋0.6H₂O＋2.3N₂＋Q1→3.6H₂＋2.4CO＋2.3N₂ ・・・（１）

また、混合ガス中のガソリンも、下記の(２)式に示すように、排気ガス中の水蒸気および二酸化炭素と改質反応を起こす。

1.56(7.6CO₂＋6.8H₂O＋40.8N₂)＋3C_7.6H_13.6＋Q2
→31H₂＋34.7CO＋63.6N₂ ・・・（２）

上記(１)式中の熱量Q1、及び(２)式中の熱量Q2は、改質反応によって吸収される反応熱である。即ち、これらの改質反応は吸熱反応であるから、上記(１)，(２)式中の右辺で表される改質ガスの有する熱量は、当該各式の左辺に記載された反応前の物質が有する熱量よりも大きくなる。

このため、熱交換器２４によれば、排気通路３０を通過する排気ガスの熱を燃料改質触媒２８に伝達し、上記改質反応に吸収させることができる。つまり、本実施の形態のシステムでは、排気ガスの熱を回収、利用して、改質燃料をより熱量の大きい物質（Ｈ_２及びＣＯ）に転換することができる。

なお、ガソリンの改質反応で必要な熱量Q2は極めて大きいので、この改質反応が生じるためには、例えば燃料改質触媒２８が６００℃以上の高温となる必要がある。このため、内燃機関１０の運転中には、エタノールの改質反応が広い運転領域で安定的に生じるのに対し、ガソリンの改質反応は、例えば排気温度が上昇する高回転・高負荷運転領域等に限って、効率よく生じるようになる。

上記の改質反応により得られた改質ガスは、排気ガスと混合することによりＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気管１２内に還流され、吸入空気と混合される。このとき、ＥＣＵ５０は、吸気管１２に還流されるＥＧＲガスの還流量を流量調整弁４０によって制御する。そして、ＥＧＲガスは、吸入空気と共に内燃機関１０の気筒内に流入し、改質ガス中のＨ_２とＣＯは、燃料噴射装置１８から噴射された燃料と共に気筒内で燃焼する。

この場合、改質ガスは、前述したように、熱交換器２４によって排気ガスの熱を回収した分だけ、元の燃料よりも熱量が増えている。このため、改質ガスを内燃機関１０で燃焼させることにより、システム全体としての熱効率が向上するので、内燃機関１０の燃費性能を改善することができる。しかも、熱交換器２４によれば、触媒専用の加熱機器や加熱エネルギを用いなくても、排気ガスの熱を利用して燃料改質触媒２８を加熱することができる。これにより、運転効率の高い排気熱回収型のシステムを構成することができる。

また、改質ＥＧＲ制御は、改質ガスを含むＥＧＲガスを吸気系に還流させることにより、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)としての効果を高めることができる。一般に、ＥＧＲ率を高くしていくと、燃焼が不安定になるので、ＥＧＲ率には上限がある。これに対し、改質ＥＧＲ制御の実行時には、ＥＧＲガス中に可燃ガスが含まれているので、燃焼状態を良好に保持することができ、これによってＥＧＲ率の上限を高めることができる。

（通常のＥＧＲ制御との比較）
図２は、ＥＧＲ率と燃費性能との関係を示す特性線図であり、これらの関係について、排気ガスのみを吸気系に還流させる通常のＥＧＲ制御と、改質ＥＧＲ制御との違いを比較したものである。この図に示すように、通常のＥＧＲ制御では、ＥＧＲ率を高めていくと、その上限（最適点）までは燃費性能が向上する。しかし、ＥＧＲ率を最適点から更に高した場合には、燃焼状態が悪化することにより燃費性能が低下し、ついには失火に至る。

一方、改質ＥＧＲ制御では、改質ガスによって混合気の燃焼状態が良くなるため、通常のＥＧＲ制御における最適点から更にＥＧＲ率を高めることができる。このように、改質ＥＧＲ制御によれば、多量のＥＧＲガスを吸気系に還流させることが可能となるので、燃費性能を更に向上させることができ、またエミッションを改善することができる。

また、一般的に知られているように、最適なＥＧＲ率は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。このため、ＥＣＵ５０には、通常のＥＧＲ制御中に用いる通常ＥＧＲマップ６０と、改質ＥＧＲ制御中に用いる改質ＥＧＲマップ６２とが予め記憶されている。図３は、これら２つのＥＧＲマップ６０，６２を例示したものである。

通常ＥＧＲマップ６０は、例えば内燃機関の負荷状態と機関回転数とに応じてＥＧＲ量を設定する２次元のマップデータである。このデータは、通常のＥＧＲ制御を行っているときに、負荷と回転数に応じて異なる個々の運転状態に対して、上述の最適点となるＥＧＲ量（図２参照）を与えるものである。また、改質ＥＧＲマップ６２も同様に、改質ＥＧＲ制御を行っているときに、個々の運転状態に対して最適なＥＧＲ量を設定する２次元のマップデータである。

これらのＥＧＲマップ６０，６２を、同一の運転状態において比較すると、前述した理由により、改質ＥＧＲマップ６２の方が通常ＥＧＲマップ６０よりも大きなＥＧＲ率を与えるように構成されている。図３中で一例を挙げれば、改質ＥＧＲマップ６２によるＥＧＲ量の設定値ｂの方が、通常ＥＧＲマップ６０による設定値ａよりも大きな値に設定されている。なお、本発明において、ＥＧＲマップ６０，６２により設定する制御パラメータは、必ずしもＥＧＲ量である必要はなく、例えば流量調整弁４０の開度やＥＧＲ率であってもよい。

［実施の形態１の特徴部分］
上述した改質ＥＧＲ制御は、例えば通常のＥＧＲ制御が実行されているときに、触媒温度などの所定条件が成立することによって実行される。通常のＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御への切換時には、まず改質燃料噴射弁３４からの燃料噴射を開始した後に、使用するマップデータを通常ＥＧＲマップ６０から改質ＥＧＲマップ６２に切換える。

しかし、燃料噴射が開始されてから、改質ガスが実際に生成されるまでには時間差がある。このため、改質ガスが十分に生成されないうちにマップデータを切換えると、単にＥＧＲ率のみが高くなることにより、ＥＧＲ制御の効果が減少したり、燃費やドライバビリティが悪化する虞れがある。そこで、本実施の形態では、例えば通常のＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御への切換時に、改質量対応制御を行う構成としている。

（改質量対応制御）
図４は、改質燃料の噴射状態と、改質ガス量と、ＥＧＲ量との時間的な関係を示すタイムチャートである。この図に示すように、改質ガスは、燃料噴射が開始されてから、ある程度の時間遅れをもって生成される。この時間遅れは、噴射燃料が分岐管３２を通過して燃料改質触媒２８の位置に到達し、改質反応によって改質ガスが生成されるのに必要な時間である。

改質量対応制御では、改質噴射の噴射を開始しても、その時点ではマップデータの切換を行わず、通常のＥＧＲ制御を続行する。そして、可燃ガスセンサ５８により改質ガスの生成を検出した時点から、改質ガスの生成量に応じてＥＧＲの還流量を制御する。より詳しく述べると、ＥＣＵ５０は、改質ガス量が増えるにつれて、流量調整弁４０の開度を大きくすることにより、ＥＧＲ量（流量）を徐々に増大させる。

従って、改質量対応制御によれば、改質ガス量が増減する場合でも、実際の改質ガス量に応じてＥＧＲ量を適切に制御することができる。即ち、改質燃料の噴射状態を変化させる時期と、これに伴って改質ガス量が増減する時期との間に時間遅れがある場合でも、この時間遅れの影響を受けることなく、改質ガス量が増減するタイミングに合わせてＥＧＲ量を的確に変化させることができる。

このため、改質ガス量とＥＧＲ量とのバランスが崩れるのを回避することができ、これらのバランスを良好に保持しつつ、制御の切換等をスムーズに行うことができる。これにより、ＥＧＲ制御の効果を安定的に発揮することができ、燃費性能やドライバビリティを良好に保持することができる。

特に、本実施の形態によれば、通常のＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御に切換える過渡期間中には、改質ガス量が増えるにつれて、ＥＧＲ量を徐々に増大させることができる。即ち、改質ガスの含有量が増えてＥＧＲガスの燃焼性が向上した分だけ、吸気系に還流されるＥＧＲ量を適切に増大させることができる。これにより、通常ＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御への切換動作をスムーズに行うことができ、制御の切換時におけるＥＧＲ量の急変を回避することができる。

また、ＥＣＵ５０は、図４に示すように、改質ガス量が目標値に達した時点で、改質量対応制御を停止する。ここで、目標値とは、例えば燃焼改質触媒２８の性能、改質燃料の噴射量、触媒温度等に応じて定められる改質ガスの最大生成量であり、ＥＣＵ５０によって設定される。改質ガス量が目標値に達したときには、改質燃料の噴射量が改質ガス量に反映されているので、ＥＧＲ制御の切換時における過渡期間は終了したものと判断することができる。

従って、改質量対応制御は、改質ガス量が目標値に達した時点で停止される。そして、これ以降は、マップデータを通常ＥＧＲマップ６０から改質ＥＧＲマップ６２に切換えることにより、改質ＥＧＲ制御に移行する。なお、改質ＥＧＲマップ６２に切換えるタイミングは、後述の図５に示すように、改質ガスを検出した時点でもよい。この場合、改質量対応制御中には、改質ＥＧＲマップ６２から求めたＥＧＲ量が改質ガス量に応じて増大するように、ＥＧＲ量を補正すればよい。

上述したように、改質量対応制御は、改質ガスの生成が開始されてから当該生成量が目標値に達するまでの間に実行される。これにより、過渡期の必要なタイミングにのみ改質量対応制御を実行することができ、過渡期間の終了時には、改質ＥＧＲ制御へとスムーズに移行することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図５は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、内燃機関の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ステップ１００では、内燃機関の運転状態（例えば吸入空気量、負荷状態、機関回転数等）をセンサ系統によって検出する。ステップ１０２では、例えば上述の負荷状態と機関回転数とに応じて通常ＥＧＲマップ６０を参照することにより、現在の運転状態に適した基本的なＥＧＲ量を算出する。

ステップ１０４では、例えば触媒温度センサ５６と圧力センサ（図示せず）等を用いて、排気ガスの温度及び圧力を検出する。そして、ステップ１０６では、例えば内燃機関の運転状態、流量調整弁４０の開度、排気ガスの温度及び圧力等に基づいて、ＥＧＲ補正量を算出し、この補正量に応じてＥＧＲ量を補正する。ステップ１０８では、補正後のＥＧＲ量に応じて流量制御弁４０を駆動し、その開度を調整する。これにより、所望のＥＧＲ量をもって通常ＥＧＲ制御を実行することができる。

次に、ステップ１１０では、改質ＥＧＲ制御を行うために、各種のパラメータに応じて燃料噴射用のマップデータを参照することにより、改質燃料の噴射量を算出する。ここで、各種のパラメータとは、例えば内燃機関の運転状態、流量調整弁４０の開度、排気ガスの温度及び圧力等である。そして、ステップ１１２では、この算出値に対応する量の改質燃料を改質燃料噴射弁３４から分岐管３２内に噴射する。

次に、ステップ１１４では、可燃ガスセンサ５８の検出信号を読込むことにより、改質ガス量を検出する。ステップ１１６では、ステップ１１４の検出結果を用いて改質ガスの生成が開始されたか否かを判定する。ここで「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１１８に移る。

また、ステップ１１６で「ＮＯ」と判定したときには、まだ改質ガスが生成されていないと判断されるので、改質ガスが検出されるまでステップ１１４，１１６を繰返す。即ち、改質燃料を噴射してから、改質ガスの生成が確認されるまでの間は、ＥＧＲ量を増量しないで待機する。

次に、ステップ１１８では、改質ガスが検出されたので、例えば内燃機関の負荷状態と機関回転数とに応じて改質ＥＧＲマップ６２を参照することにより、現在の運転状態に適した基本的なＥＧＲ量を算出する。

ステップ１２０では、改質ガス量が目標値以下であるか否かを判定する。ここで「ＹＥＳ」と判定したときには、改質燃料を噴射してから改質ガス量が目標値に達するまでの過渡期間であるから、ステップ１２２，１２４では、前述の改質量対応制御を行う。

即ち、ステップ１２２では、ステップ１１４で検出した改質ガス量に応じてＥＧＲ量を補正する。ステップ１２４では、補正後のＥＧＲ量に対応する開度分だけ流量調整弁４０を開弁させることにより、ＥＧＲを実行する。そして、ステップ１２４の実行後には、ステップ１１４に戻る。

これにより、改質ガスの生成が検出されてから、そのガス量が目標値に達するまでの間には、ステップ１１４〜１２４の処理が繰返される。即ち、改質ガス量に応じてＥＧＲ量をフィードバック制御することができる。このフィードバック制御中には、改質ガス量が目標値に向けて徐々に増大するにつれて、流量調整弁４０の開度が少しずつ大きくなり、ＥＧＲ量が段階的に増大していく。

一方、ステップ１２０で「ＮＯ」と判定したときには、改質ガス量が目標値を超えており、前述の過渡期間が終了したと判断される。このため、ステップ１２６では、改質量対応制御を停止する。そして、ステップ１１８で求めた基本的なＥＧＲ量を用いて、このＥＧＲ量に対応する開度分だけ流量調整弁４０を開弁させることにより、改質ＥＧＲ制御を実行する。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、燃料改質触媒２８への燃料供給を開始した後に、改質ガス量の検出結果に応じてＥＧＲガスの増量タイミングを適切に設定することができる。これにより、改質ＥＧＲ制御の効果を安定的に発揮することができ、燃費性能やドライバビリティを良好に保持することができる。

なお、前記実施の形態では、図５中のステップ１２２が改質量対応制御手段の具体例を示している。また、ステップ１０８は通常ＥＧＲ制御手段の具体例を示し、ステップ１１８は改質ＥＧＲ制御手段の具体例を示している。さらに、ステップ１２０は、停止手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、改質ガス量が増えるにつれて、ＥＧＲ量を増大させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば改質ガスが過剰に生成された場合等のように、何らかの必要性がある場合には、改質ガス量が増大するにつれて、ＥＧＲ量を減少させる構成としてもよい。

また、実施の形態では、通常ＥＧＲ制御から改質ＥＧＲ制御に切換える過渡期間において、改質燃料の噴射を開始したときに、改質量対応制御を実行する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば改質燃料の噴射量を変化させる制御（例えば燃料噴射を開始または停止したり、噴射量を増量または減量させる制御）であれば、任意の制御に適用することができる。従って、本発明は、上述した過渡期間に限定されるものではない。

また、実施の形態では、改質量対応制御を行うときに、改質ＥＧＲマップ６２から求めたＥＧＲ量に対して、改質ガス量に応じた補正を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、改質量対応制御中には、通常ＥＧＲマップ６０から求めたＥＧＲ量に対して、改質ガス量に応じた補正を行う構成としてもよい。また、本発明において、改質量対応制御手段は、ＥＧＲマップ６０，６２を用いずに設定したＥＧＲ量を、改質ガス量に応じて補正する構成としてもよい。

さらに、実施の形態では、可燃ガスセンサ５８として、水素濃度センサまたは一酸化炭素濃度センサを使用するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、改質反応により生じる他の可燃ガスを検出する可燃ガスセンサを用いる構成としてもよい。

また、実施の形態では、改質燃料として、ガソリンとエタノールとの混合燃料を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばメタノール等を含めた他のアルコールと、ガソリンとの混合燃料を改質燃料として用いる構成としてもよい。

また、本発明に適用される燃料は、少なくともガソリンを含む燃料であればよく、アルコールを含有する燃料に限定されるものではない。即ち、本発明は、例えばガソリンのみによって構成された燃料、及びガソリンにアルコール以外の材料を混入した燃料にも適用することができる。

さらに、実施の形態では、排気ガスの熱を利用して燃料改質触媒２８を加熱するものとした。しかし、本発明は、必ずしも排気ガスの熱を利用する必要はなく、非排気熱回収型の内燃機関に適用してもよい。即ち、本発明は、排気ガス以外の熱源（例えば、専用の加熱機器等）によって燃料改質触媒２８を加熱する構成としてもよい。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体図である。 ＥＧＲ率と燃費性能との関係について、通常のＥＧＲ制御と改質ＥＧＲ制御とを比較して示す特性線図である。 通常ＥＧＲマップと改質ＥＧＲマップとを示す説明図である。 改質噴射、改質ガス量及びＥＧＲ量の時間的な関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気管
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ 燃料噴射装置
２０ 排気管
２４ 熱交換器
２６ 改質室
２８ 燃料改質触媒
３０ 排気通路
３２ 分岐管
３４ 改質燃料噴射弁（改質燃料供給手段）
３６ ＥＧＲ通路
３８ 冷却器
４０ 流量調整弁（ＥＧＲ可変手段）
４２ 排気浄化触媒
４４ 燃料タンク
４６ 燃料配管
５０ ＥＣＵ
５２ 排気ガスセンサ
５４ 燃料性状センサ
５６ 触媒温度センサ
５８ 可燃ガスセンサ（改質量検出手段）
６０ 通常ＥＧＲマップ
６２ 改質ＥＧＲマップ

Claims (7)

1. 改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
   少なくともガソリンを含む燃料を前記改質燃料として前記燃料改質触媒に供給する改質燃料供給手段と、
   前記燃料改質触媒の下流側に接続され、内燃機関の排気ガスまたは前記可燃ガスと排気ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲガスの還流量を可変に設定するＥＧＲ可変手段と、
   前記燃料改質触媒による前記可燃ガスの生成量を検出する改質量検出手段と、
   前記ＥＧＲ可変手段を駆動することにより、前記可燃ガスの生成量に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御する改質量対応制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記改質量対応制御手段は、前記可燃ガスの生成量が増えるにつれて、前記ＥＧＲガスの還流量を増大させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記改質量対応制御手段は、前記可燃ガスの生成が開始されてから当該生成量が目標値に達するまでの間に、前記可燃ガスの生成量に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を増大させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記可燃ガスが非検出状態であるときに、内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御する通常ＥＧＲ制御手段と、
   前記可燃ガスの生成量が目標値に達しているときに、内燃機関の運転状態に応じて前記ＥＧＲガスの還流量を制御しつつ、前記還流量を前記通常ＥＧＲ制御手段よりも大きな値に設定する改質ＥＧＲ制御手段と、を備え、
   前記改質量対応制御手段は、前記通常ＥＧＲ制御手段から前記改質ＥＧＲ制御手段に制御手段が切換わるときに、前記ＥＧＲガスの還流量を徐々に増大させる構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記可燃ガスの生成量が目標値に達したときに、前記改質量対応制御手段の作動を停止させる停止手段を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記改質量検出手段は、前記燃料改質触媒の下流側に配置され、前記可燃ガスの濃度を検出する可燃ガスセンサである請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 排気ガスの熱によって前記燃料改質触媒を加熱する熱交換器を備えてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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