JP2003097356A - 改質ガスエンジン及び該改質ガスエンジンを備えたハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】改質ガスエンジンにおいて、エンジン始動を改
質ガスで行わせることができ、かつ、改質ガスの生成を
短時間で開始できるようにする。 【解決手段】エンジン始動時に、触媒燃焼器２６におけ
る燃料成分の酸化反応で発生した高温ガスを、改質器１
１に熱源として供給する。改質器１１が暖機されて改質
ガスが生成されると、改質ガスをエンジン１に供給して
始動させる。始動後は、排気温度が低く、改質器１１が
エンジン排熱を利用して改質を効率良く行えないとき
に、触媒燃焼器２６からの高温ガスの供給を行わせる。
また、高温ガスの供給が不要で、かつ、改質ガスが充分
に生成されるときには、改質器１１で生成された改質ガ
スの一部を触媒燃焼器２６に吸着させて、次に高温ガス
の発生が要求されるときに、吸着させた改質ガスを酸化
反応させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排熱を
利用して液体燃料を改質ガスに変換させる改質器を備え
た改質ガスエンジン、及び、係る改質ガスエンジンと電
動機とを車両の駆動源として備えたハイブリッド自動車
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの排熱を回収する改
質器によって液体燃料を改質ガスに変換し、該改質ガス
を燃焼させて運転する改質ガスエンジンが知られている
（特公平５−７４６８５号公報参照）。また、上記の改
質ガスエンジンを備えたハイブリッド自動車として、特
開平１１−３１１１３６号公報に開示されるものがあっ
た。

【０００３】前記特開平１１−３１１１３６号公報に開
示されるハイブリッド自動車は、ガソリン（液体燃料）
を燃焼室へ噴射させてエンジンを始動させ、エンジン始
動後は、改質器からの改質ガスをエンジンと燃料電池と
に分配供給して、エンジンの運転・燃料電池における発
電を行わせる構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、改質器にお
ける改質反応には、数百度の高い温度を必要とするた
め、従来、エンジンの排熱を改質器で回収して改質を行
わせるようにしているが、係る構成ではエンジン始動前
のエンジン排熱が得られない状態では改質を行わせるこ
とができず、上記従来技術では、ガソリン燃焼でエンジ
ンを始動させ、その後改質器における改質を開始させ、
エンジンに改質ガスを供給するようにしている。

【０００５】しかし、エンジン始動をガソリンの燃焼で
行わせる構成では、改質ガスを燃焼させる場合に比べて
排気エミションが悪化するという問題があり、更に、エ
ンジンの熱容量が大きいため、熱源として改質器に供給
される排気温度の上昇が遅く、改質器が改質温度にまで
暖機されて改質ガスが生成されるようになるまでに時間
を要するという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、改質ガスエンジンにおける始動を改質ガスで行わ
せることができ、かつ、改質ガスが生成されるまでの時
間を短縮することができる改質ガスエンジン及び該改質
ガスエンジンを備えたハイブリッド自動車を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明は、エンジンの排熱を利用して液体燃料を改質ガ
スに変換する改質器を備えてなる改質ガスエンジンにお
いて、燃料成分を酸化反応させ、該酸化反応で発生した
高温ガスを改質器に熱源として供給する触媒燃焼器を備
え、改質ガスエンジンの始動時に、触媒燃焼器を作動さ
せて改質器を暖機し、該暖機後の改質器で生成された改
質ガスによって改質ガスエンジンを始動させる構成とし
た。

【０００８】上記構成によると、改質器はエンジンの排
熱を利用して改質反応を行うものであるから、エンジン
始動前で排熱が得られない状態では改質を行わせること
ができない。そこで、改質器の熱源として改質ガスエン
ジンの他に触媒燃焼器を備えるようにし、エンジンを始
動させるときには、まず、触媒燃焼器で改質器を暖機
し、暖機後に生成される改質ガスをエンジンに供給して
燃焼させることで、エンジンを始動させる。

【０００９】請求項２記載の発明では、始動時と共に、
改質ガスエンジンの排気温度が所定温度よりも低いとき
に、触媒燃焼器を作動させて改質器に高温ガスを熱源と
して供給する構成とした。上記構成によると、改質ガス
エンジンが改質ガス燃焼による自立運転を行うようにな
ってからは、改質ガスエンジンの排熱を利用して改質を
行わせるが、排温が低く充分な改質反応を行わせること
ができないときには、触媒燃焼器から高温ガスを熱源と
して供給することで、改質温度を維持させる。

【００１０】請求項３記載の発明では、触媒燃焼器に対
して空気を噴射する空気噴射弁と液体燃料を噴射する燃
料噴射弁とを備え、空気及び液体燃料の噴射量を制御す
ることで、触媒燃焼器の酸化反応を制御する構成とし
た。上記構成によると、空気噴射弁による触媒燃焼器内
への空気（酸素）の供給、及び、燃料噴射弁による触媒
燃焼器内への液体燃料（未改質燃料）の供給によって、
触媒燃焼器の酸化反応を制御する。

【００１１】請求項４記載の発明では、触媒燃焼器の温
度に応じて前記空気及び液体燃料の噴射量を制御する構
成とした。上記構成によると、触媒燃焼器の温度、引い
ては、改質器の温度が適正温度になるように、触媒燃焼
器に供給する空気及び液体燃料の量を制御する。請求項
５記載の発明では、触媒燃焼器を加熱するヒータを備え
る構成とした。

【００１２】上記構成によると、触媒燃焼器をヒータで
加熱することで、触媒における反応が促進される。請求
項６記載の発明では、触媒燃焼器の作動を開始させると
きに、触媒燃焼器に対する空気の供給で酸化反応が開始
しないときに、ヒータによる加熱を行わせると共に、触
媒燃焼器に燃料を噴射させる構成とした。

【００１３】上記構成によると、触媒燃焼器の作動を開
始させるときには、まず、空気を供給することで、それ
までに吸着されている燃料が酸化反応するか否かを判断
し、酸化反応が起きないときには、ヒータ加熱で反応を
促進させると共に、燃料を噴射して、酸化反応を開始さ
せる。請求項７記載の発明では、触媒燃焼器内の圧力が
規定値以下で、かつ、改質器の圧力が規定値以上である
ときに、改質器で生成された改質ガスの一部を触媒燃焼
器に供給して吸着させる構成とした。

【００１４】上記構成によると、触媒燃焼器内の圧力が
規定値以下で改質ガスを吸着できる状態にあり、また、
改質器の圧力が規定値以上であって改質ガスが充分に生
成される状態であるときに、改質器で生成した改質ガス
の一部を触媒燃焼器に吸着させ、次回の触媒燃焼器の作
動時に、前記吸着させた改質ガスを酸化反応させるよう
にする。

【００１５】請求項８記載の発明では、触媒燃焼器に対
する改質ガスの供給によって触媒燃焼器の温度が所定温
度を超えたときに、前記改質ガスの供給を停止させ、か
つ、触媒燃焼器内のガスをエンジンの排気系に放出させ
る構成とした。上記構成によると、触媒燃焼器に対して
改質ガスを供給したときに、残留する空気（酸素）によ
って酸化反応が発生して温度上昇すると、改質ガスの供
給を停止させると共に、触媒燃焼器内のガスを改質ガス
エンジンの排気系に放出させ、酸化反応が発生しない状
態で改質ガスの吸着が行われるようにする。

【００１６】一方、請求項９記載の発明に係るハイブリ
ッド自動車は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の改
質ガスエンジンを、電動機と共に車両の駆動源として備
え、前記改質ガスエンジンの始動前の車両駆動力を前記
電動機によって得る構成とした。上記構成によると、改
質ガスエンジンは、触媒燃焼器による改質器の暖機が完
了してから始動されることになり、改質器の暖機中はエ
ンジン出力を駆動力として用いることができないので、
電動機で車両を駆動させる。

【００１７】請求項１０記載の発明では、改質ガスエン
ジンの改質ガスによる自立運転状態で、改質ガスエンジ
ンで車両を直接駆動し、かつ、改質ガスエンジンの負荷
を過渡要求に対して遅らせて変化させる一方、該遅れを
電動機によるエネルギー回生又は駆動力の発生で補う構
成とした。上記構成によると、改質ガス燃焼による自立
運転状態では、改質ガスエンジンで車両を直接駆動する
が、過渡要求に対応してエンジン負荷を増減変化させる
のではなく、エンジン負荷の変化を遅らせ、該遅れによ
り駆動力が過剰となる分又は不足する分を、電動機によ
るエネルギー回生又は駆動力の発生で相殺する。

【００１８】請求項１１記載の発明では、改質ガスエン
ジンの改質ガスによる自立運転状態で、改質ガスエンジ
ンで車両を直接駆動する構成とし、かつ、要求出力より
も改質ガスエンジンの出力が高いときに、電動機によっ
てエネルギー回生を行わせ、要求出力よりも改質ガスエ
ンジンの出力が低いときに、電動機によって駆動力を発
生させる構成とした。

【００１９】上記構成によると、改質ガスのエンジンへ
の供給量の応答遅れによって、要求出力と実際のエンジ
ン出力とに偏差が生じると、該偏差を相殺するように、
電動機によるエネルギー回生又は駆動力の発生が行われ
る。請求項１２記載の発明では、電動機に対して電力を
供給し、かつ、電動機による回生エネルギーが充電され
るバッテリの電力が規定値以下になったときに、改質ガ
スエンジンの出力を増加させて、改質ガスエンジンで駆
動される発電機を作動させる構成とした。

【００２０】上記構成によると、バッテリの電力が低下
すると、発電機の駆動負荷による駆動力の低下を相殺す
るようにエンジンの出力を増加させた状態で、発電機を
作動させ、発電機からバッテリへの充電を行わせる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、触媒燃焼
器で発生した高温ガスで改質器を暖機して、改質ガスエ
ンジンを改質ガスの燃焼で始動させるので、エンジン始
動時に排気エミションが悪化することを回避でき、ま
た、触媒燃焼器では、高温ガスを極めて早く発生させる
ことができるため、早期に改質ガスを発生させて短時間
に改質ガスエンジンの始動を完了させることができると
いう効果がある。

【００２２】請求項２記載の発明によると、改質ガスエ
ンジンの排気温度が低いときでも、触媒燃焼器からの高
温ガスの供給によって改質器における最適温度を維持で
きるため、改質ガスエンジンの低温時や低負荷時であっ
ても、効率良く改質ガスを生成させることができるとい
う効果がある。請求項３記載の発明によると、空気の噴
射によって酸化反応の開始を制御し、燃料及び空気の追
加噴射によって発生ガスの温度を高め、逆に、燃料及び
空気の供給遮断によって発生ガス温度を低下させること
ができ、改質器に対する高温ガスの供給を容易に制御す
ることができるという効果がある。

【００２３】請求項４記載の発明によると、触媒燃焼器
の温度を制御することで、改質器に供給される高温ガス
を制御して、改質器の温度を最適に制御することができ
るという効果がある。請求項５記載の発明によると、触
媒燃焼器をヒータで加熱することで酸化反応を促進さ
せ、触媒燃焼器における酸化反応を確実に開始させるこ
とができるという効果がある。

【００２４】請求項６記載の発明によると、触媒燃焼器
に空気を供給することで酸化反応が開始しないときに、
ヒータによる加熱及び燃料の追加噴射を行わせるので、
ヒータ加熱及び燃料の追加が無用に行われることを回避
でき、かつ、触媒燃焼器の温度が過剰に高くなることを
回避できるという効果がある。請求項７記載の発明によ
ると、改質ガスの一部を燃料成分として触媒燃焼器に吸
着させることで、次回始動時又はエンジン排気温度が低
下したときに、燃焼性の高い改質ガスを触媒燃焼器で酸
化反応させて改質器の暖機を行わせることができるとい
う効果がある。

【００２５】請求項８記載の発明によると、触媒燃焼器
に改質ガスを供給することで温度が上昇したときには、
残存空気と改質ガスとが反応したものと判断して、触媒
燃焼器内のガスを排出させるので、酸化反応が発生しな
い状態で改質ガスを触媒燃焼器に供給させて、触媒燃焼
器内に燃料成分としての改質ガスを吸着させておくこと
ができるという効果がある。

【００２６】請求項９記載の発明によると、改質ガスエ
ンジンと電動機とを備えてなるハイブリッド自動車にお
いて、改質ガスエンジンを改質ガスで始動させて排気エ
ミッションを低減させることができ、かつ、改質ガスの
生成を短時間で開始させることができるので、電動機の
みを駆動源とする状態を短時間で完了させて、良好な運
動性を確保できるという効果がある。

【００２７】請求項１０記載の発明によると、急激な負
荷変化の要求に対して改質ガスエンジンの負荷を滑らか
に変化させることができるから、改質ガスエンジンを常
に高効率条件で運転させることができ、低燃費・低エミ
ッションを全運転領域で達成できるという効果がある。
請求項１１記載の発明によると、改質ガスエンジンの出
力不足を電動機で補って、要求される出力を確保できる
と共に、改質ガスエンジンの出力の過剰分を回生するこ
とができ、高いエネルギー効率でかつ要求に応じた運動
性能を発揮させることができるという効果がある。

【００２８】請求項１２記載の発明によると、駆動力を
低下させることなく、バッテリの電力を常に規定値以上
に保持して、必要な電力供給を安定的に行わせることが
できるという効果がある。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、実施形態におけるハイブリ
ッド自動車の駆動系を示す。図１に示すハイブリッド自
動車は、改質ガスエンジン１及び電動機２の出力が駆動
輪３に伝達されて車両走行を行う、所謂パラレル・ハイ
ブリッド方式であり、駆動力の主体は改質ガスエンジン
１で、電動機２を補助的に用いる。

【００３０】バッテリ４は、前記電動機２及び電動発電
機５に電力を与えると共に、前記電動機２及び電動発電
機５が発電機として機能するときに充電される。前記電
動発電機５は、改質ガスエンジン１をクランキングする
ときに、電力を与えられて電動機として機能する一方、
改質ガスエンジン１で駆動されて発電を行う。

【００３１】また、電動機２は、電力を与えられること
で車両の駆動力を発生し、また、車両の減速時などにお
いてエネルギー回生を行う発電機として機能する。前記
改質ガスエンジン１には、改質器１１で生成された水素
・一酸化炭素を主成分とする改質ガスが、各気筒毎に設
けられるガス噴射弁１２から噴射される。前記改質器１
１は、改質ガスエンジン１の排気管１３の途中に介装さ
れ、排気から回収した熱を利用して改質を行う構成であ
り、液体燃料としてのガソリンと水を気化させる蒸発器
１４と、ガソリン及び水の蒸気が供給され水蒸気改質反
応により水素・一酸化炭素を主成分とする改質ガスに変
換する触媒１５とから構成される。

【００３２】前記蒸発器１４には、ガソリンを噴射供給
する燃料噴射弁１６と、水を噴射供給する水噴射弁１７
とが設けられる。前記燃料噴射弁１６には、燃料ポンプ
１８，フィルタ１９，レギュレータ２０を介してガソリ
ンが供給され、該燃料噴射弁１６が開制御されること
で、蒸発器１４にガソリンが供給される。

【００３３】前記水噴射弁１７には、水ポンプ２１，フ
ィルタ２２，レギュレータ２３を介して水が供給され、
該水噴射弁１７が開制御されることで、蒸発器１４に水
が供給される。前記触媒１５で生成された改質ガスは、
途中に遮断弁２４が介装される改質ガス供給管２５を介
して、各ガス噴射弁１２に分配される。

【００３４】また、前記改質器１１を加熱するための高
温ガスを発生させる触媒燃焼器２６が設けられている。
前記触媒燃焼器２６は、改質器１１上流側の排気管１３
に、燃料成分の酸化反応で発生した高温ガスを供給する
ものであり、前記燃料ポンプ１８，フィルタ１９，レギ
ュレータ２０を介してガソリンが供給される燃料噴射弁
２７を備えると共に、エアポンプ２８及びレギュレータ
２９を介して空気が供給される空気噴射弁３０を備え
る。

【００３５】また、前記触媒燃焼器２６は、前記遮断弁
２４上流側の改質ガス供給管２５から分岐し、途中に改
質ガス充填弁３１が介装される改質ガス充填管３２が接
続されるガス噴射弁３３を備える。前記触媒燃焼器２６
で発生した高温ガスは、途中にガス供給弁３４が介装さ
れる高温ガス供給管３５を介して、改質器１１上流側の
排気管１３に供給される。

【００３６】また、前記触媒燃焼器２６には、ヒータ３
６が備えられる。上記の各弁及び電動機２，電動発電機
５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユ
ニット４０によって制御される。前記コントロールユニ
ット４０には、前記改質器１１の温度を検出する改質器
温度センサ４１，前記改質器１１の圧力を検出する改質
器圧力センサ４２，前記触媒燃焼器２６の温度を検出す
る燃焼器温度センサ４３，前記触媒燃焼器２６の圧力を
検出する燃焼器圧力センサ４４，前記改質器１１の上流
側で改質ガスエンジン１の排気温度を検出する排気温度
センサ４５からの検出信号が入力される。

【００３７】図２のフローチャートは、前記コントロー
ルユニット４０によるエンジン始動時の制御ルーチンを
示す。スタートスイッチがＯＮされると（ステップＳ１
０１）、改質ガスエンジン１が始動されるまでの間、出
力要求に応じて電動機２に電力を供給することで（ステ
ップＳ１０２）、車両走行を行わせる（ステップＳ１０
３）。

【００３８】上記処理に並行して改質ガスエンジン１を
始動させるための処理が行われる。まず、ステップＳ１
０４でエアポンプ２８をＯＮし、次のステップＳ１０５
では、空気噴射弁３０を始動時パルス幅StAIRに従って
開駆動して、触媒燃焼器２６に空気を供給する。ステッ
プＳ１０６では、上記の空気供給によって触媒燃焼器２
６に予め吸着されている改質ガス等の燃料成分が酸化反
応を開始したか否かを、燃焼器温度センサ４３で検出さ
れる触媒燃焼器２６の温度TexhAが予め設定された反応
判定温度TstAを超えたか否かに基づいて判断する。

【００３９】空気の供給のみでは酸化反応が開始せず、
TexhA≦TstAであるときには、ステップＳ１０７へ進
み、ヒータ３６をＯＮして、ヒータ温度を始動時温度St
Theにまで高める。更に、ステップＳ１０８では、燃料
ポンプ１８をＯＮし、次のステップＳ１０９では、燃料
噴射弁２７を始動時噴射パルス幅StFPに従って開駆動し
て、触媒燃焼器２６にガソリンを供給する。

【００４０】ステップＳ１１０では、上記ヒータ３６の
ＯＮ制御及びガソリン供給によって酸化反応が開始した
か否かを、前記ステップＳ１０６と同様に、触媒燃焼器
２６の温度TexhAが反応判定温度TstAを超えたか否かに
基づいて判別する。ステップＳ１１０で酸化反応が開始
していないと判別されると、ステップＳ１１１へ進ん
で、ヒータ３６による加熱温度を増大させて、酸化反応
を促進させるようにする。

【００４１】ステップＳ１０６又はステップＳ１１１
で、触媒燃焼器２６の温度TexhAが反応判定温度TstAを
超えたと判断されると、ステップＳ１１２でヒータ３６
をＯＦＦし、ステップＳ１１３で、酸化反応の開始を判
定する。ステップＳ１１４では、酸化反応で発生した高
温ガスを、改質器１１の暖機に用いるべくガス供給弁３
４を開いて、改質器１１上流側の排気管１３に、触媒燃
焼器２６で発生した高温ガスを供給させる。

【００４２】上記触媒燃焼器２６では、エンジン１にガ
ソリンを供給して排気を得るよりも極めて早く高い温度
のガスを得ることができ、改質器１１を早期に暖機する
ことができ、かつ、排気エミッションが少ない。ステッ
プＳ１１５では、触媒燃焼器２６の温度TexhAが、改質
器１１の触媒１５における反応に必要な温度TRef＃（＞
TstA）を超えたか否かを判別する。

【００４３】触媒燃焼器２６の温度TexhAが判定温度TRe
f＃以下であるときには、ステップＳ１１６へ進み、触
媒燃焼器２６に対する空気噴射量を増量し、更に、ステ
ップＳ１１７では、触媒燃焼器２６に対するガソリン噴
射量を増量し、係る空気及びガソリンの増量によって、
触媒燃焼器２６の温度が上昇するようにする。ステップ
Ｓ１１５で触媒燃焼器２６の温度TexhAが判定温度TRef
＃を超えたと判定されると、ステップＳ１１８へ進み、
改質器温度センサ４１で検出される改質器１１の温度TR
efが前記判定温度TRef＃を超えたか否かを判別する。

【００４４】判定温度TRef＃を超える高温ガスの供給に
よって改質器１１の温度TRefが判定温度TRef＃を超える
ようになると、ステップＳ１１９へ進み、改質器１１の
蒸発器１４に対する燃料噴射を始動時燃料噴射パルス幅
StFPvに従って行わせ、次のステップＳ１２０では、改
質器１１の蒸発器１４に対する水噴射を始動時水噴射パ
ルス幅StWPvに従って行わせる。

【００４５】ステップＳ１２１では、改質器圧力センサ
４２で検出される改質器１１の圧力PRefが、予め設定さ
れた判定圧力PRef＃よりも高いか否かを判別する。改質
器１１の圧力PRefが判定圧力PRef＃を超えたときには、
改質器１１が改質ガスを生成しているものと判断し、ス
テップＳ１２２へ進んで遮断弁２４を開制御した後、ス
テップＳ１２３で改質ガスエンジン１をクランキングす
べく、電動発電機２をＯＮする。

【００４６】改質ガスエンジン１が電動発電機５でクラ
ンキングされている状態で、ステップＳ１２４において
ガス噴射弁１２を開駆動することで、改質ガスエンジン
１に改質ガスを供給して始動させ、改質ガスの燃焼によ
り改質ガスエンジン１を自立運転状態に移行させる（ス
テップＳ１２５）。尚、改質ガスエンジン１が始動され
る前にそのときの駆動力要求に応じて制御される電動機
２は、改質ガスエンジン１が始動されその出力が増大す
るに従ってアシスト量（駆動力）が減じられる。

【００４７】図３のフローチャートは、改質ガスエンジ
ン１の定常・過渡運転時の制御ルーチンを示すものであ
る。ステップＳ２０１では、排気温度センサ４５で検出
される改質ガスエンジン１の排気温度Texhが、判定温度
TRef＃を超えているか否かを判別する。排気温度Texhが
判定温度TRef＃以下であるときには、エンジン１の排熱
によっては改質器１１における改質温度を維持できない
ので、ステップＳ２０２へ進み、触媒燃焼器２６の温度
TexhAが前記判定温度TRef＃を超えるように、触媒燃焼
器２６に対する燃料（ガソリン）・空気の供給を制御
し、触媒燃焼器２６からの高温ガスで改質器１１におけ
る改質温度が確保されるようにする。

【００４８】従って、始動直後の排気温度Texhが低い状
態では、始動時に引き続き触媒燃焼器２６で高温ガスを
発生させて、これを改質器１１の熱源とすることで、改
質温度が維持されるようにする。また、触媒燃焼器２６
に対する空気・燃料の供給を遮断して酸化反応を一旦停
止させた後に、再び酸化反応を開始させる場合には、始
動時（ステップＳ１０４〜ステップＳ１１４）と同様に
して酸化反応を開始させた後、触媒燃焼器２６の温度Te
xhAが前記判定温度TRef＃を超えるように、触媒燃焼器
２６に対する燃料（ガソリン）・空気の供給を制御す
る。

【００４９】従って、エンジン１の暖機完了前やアイド
リングなどの低負荷運転状態で排気温度が低いときで
も、改質器１１の温度を改質温度に保って、効率良く改
質を行わせることができる。一方、排気温度Texhが判定
温度TRef＃を超える場合には、触媒燃焼器２６から高温
ガスを供給しなくても、改質ガスエンジン１の排熱で改
質器１１における改質温度を維持させることができるの
で、触媒燃焼器２６からの高温ガスを排気管１３に供給
する高温ガス供給管３５に介装されるガス供給弁３４を
閉じて、高温ガスの供給を停止させる。

【００５０】更に、次のステップＳ２０４では、触媒燃
焼器２６に空気を噴射する空気噴射弁３０をＯＦＦ
（閉）状態に制御し、ステップＳ２０５では、触媒燃焼
器２６にガソリンを噴射する燃料噴射弁２７をＯＦＦ
（閉）状態に制御することで、触媒燃焼器２６における
高温ガス発生（酸化反応）を停止させる。上記のような
改質温度の制御に並行してステップＳ２１１以降の制御
が実行される。

【００５１】ステップＳ２１１では、バッテリ４の残容
量（電力）Ｖｂが、充電が必要な容量Ｖｂ＃以下である
か否かを判別する。バッテリ４の残容量（電力）Ｖｂ
が、前記容量Ｖｂ＃以下であれば、充電を行わせる必要
があるので、ステップＳ２１２へ進み、改質ガスエンジ
ン１の出力を電動発電機５の負荷分だけ増大させた上
で、電動発電機５を発電機として機能させ、バッテリ４
を充電する。

【００５２】また、ステップＳ２１３では、アクセル開
度ＴＰの変化量ΔＴＰ（現在の開度−所定時間前の開
度）の絶対値が判定値ＴＰ＃以上であるか否かを判別す
ることで、改質ガスエンジン１の過渡状態を判定する。
変化量ΔＴＰの絶対値が判定値ＴＰ＃よりも小さく定常
運転状態であると判断されるときには、ステップＳ２１
４へ進み、エンジン回転速度Ｎとエンジン負荷（アクセ
ル開度ＴＰ）により定めた量のガソリン・水を改質器１
１に供給して、改質ガスエンジン１のみによる通常走行
を行わせる。

【００５３】一方、ステップＳ２１３で、変化量ΔＴＰ
の絶対値が判定値ＴＰ＃以上で過渡運転状態であると判
断されるときには、ステップＳ２１５へ進む。ステップ
Ｓ２１５では、前記変化量ΔＴＰに見合う出力変化を、
電動機２により発生させるべく、加速時であれば電動機
２に電力を供給して駆動力を発生させ、減速時であれ
ば、電動機２を発電機として機能させることで負荷と
し、減速エネルギーをバッテリ４に充電させる。

【００５４】次のステップＳ２１６では、加速時であれ
ば、改質器１１に供給されるガソリン・水の量を予め定
めた速度で増大させて、改質ガスの発生量（エンジン発
生トルク）を徐々に増大させ、かつ、該増大に対応して
電動機２によるアシスト量を漸減させる。また、減速時
であれば、改質器１１に供給されるガソリン・水の量を
予め定めた速度で減少させて、改質ガスの発生量（エン
ジン発生トルク）を徐々に減少させる。

【００５５】そして、最終的には、ステップＳ２１７に
おける改質ガスエンジン１のみによる走行状態に復帰さ
せる。上記のようにして、過渡要求に対して改質ガスの
発生量の変化（エンジン負荷の変化）を遅らせて、その
過不足分を電動機２で補う構成であれば、改質ガスエン
ジン１を常に高効率条件で運転させることができ、全運
転領域で燃費・排気エミッションを改善できる。

【００５６】図４のフローチャートは、定常・過渡運転
時制御の第２実施形態を示すものであり、図３のフロー
チャートにおけるステップＳ２１３〜ステップＳ２１７
の処理が、ステップＳ２２０の処理に置き換えられる点
のみが異なる。ステップＳ２２０の処理内容は、図５の
フローチャートに示される。ステップＳ２２１では、ア
クセル開度ＴＰから要求出力Ｐregを算出する（図６参
照）。

【００５７】ステップＳ２２２では、アクセル開度・回
転速度に対する改質ガスの供給遅れを考慮して、そのと
きの改質ガスエンジン１の出力Ｐengを算出する。ステ
ップＳ２２３では、電動機２の要求出力Ｐｍを、 Ｐｍ＝Ｐreg−Ｐeng として算出する。

【００５８】ステップＳ２２４では、前記電動機２の要
求出力Ｐｍが略０であるか否かを判別し、前記電動機２
の要求出力Ｐｍが略０であれば、ステップＳ２２５へ進
み、前記ステップＳ２１４と同様に、エンジン回転速度
Ｎとエンジン負荷（アクセル開度ＴＰ）により定めたガ
ソリン・水を改質器１１に供給して、改質ガスエンジン
１のみによる通常走行を行わせる。

【００５９】一方、ステップＳ２２４で、前記電動機２
の要求出力Ｐｍが略０ではないと判別されたときには、
ステップＳ２２６へ進み、前記電動機２の要求出力Ｐｍ
を発生させる。即ち、電動機２の要求出力Ｐｍがプラス
であって電動機２によるアシストが必要であるときに
は、電動機２にバッテリ４から電力を供給して要求出力
Ｐｍを発生させ、電動機２の要求出力Ｐｍがマイナスで
あって改質ガスエンジン１の出力Ｐengが過剰であると
きには、電動機２を発電機として機能させることで、過
剰出力分を相殺する負荷として作用するようにし、回生
したエネルギーをバッテリ４に充電させる。

【００６０】上記構成によると、図７に示すように、過
渡制御中に要求出力が変化しても、これに追従して電動
機２の出力を変化させることで、要求出力を応答良く得
ることができる。図８のフローチャートは、定常・過渡
運転時制御の第３実施形態を示すものであり、図４のフ
ローチャートに対して、触媒燃焼器２６に改質ガスを吸
着させるステップＳ２３０の処理が付加される点のみが
異なる。

【００６１】ステップＳ２３０の処理内容は、図９のフ
ローチャートに示される。ステップＳ２３１では、触媒
燃焼器２６の温度・圧力、更に、改質器１１の圧力を各
センサによって測定する。ステップＳ２３２では、触媒
燃焼器２６の温度TexhAが、所定値（１）よりも低いか
否かを判別する。

【００６２】触媒燃焼器２６の温度TexhAが所定値
（１）よりも低いときには、触媒燃焼器２６において酸
化反応が発生していないと判断して、ステップＳ２３３
へ進む。ステップＳ２３３では、触媒燃焼器２６の圧力
Pcomが規定値（１）よりも小さいか否かを判別する。触
媒燃焼器２６の圧力Pcomが規定値（１）よりも小さい場
合には、触媒燃焼器２６が改質ガスを吸着できる状態に
あると判断して、ステップＳ２３４へ進む。

【００６３】ステップＳ２３４では、改質器１１の圧力
PRefが規定値（２）よりも高いか否かを判別する。改質
器１１の圧力PRefが規定値（２）よりも高い場合には、
改質器１１において充分に改質ガスを生成できる状態に
あると判断し、ステップＳ２３５へ進む。ステップＳ２
３５では、ガス供給弁３４を閉じると共に、改質ガス充
填弁３１を開くことで、改質器１１で生成された改質ガ
スの一部を、触媒燃焼器２６に供給して吸着させる。

【００６４】次のステップＳ２３６では、触媒燃焼器２
６に対して改質ガスの吸着を行わせていることが判断さ
れるように、フラグに１をセットする。触媒燃焼器２６
に対する改質ガスの吸着が進行して、触媒燃焼器２６の
圧力Pcomが上昇し、ステップＳ２３３で触媒燃焼器２６
の圧力Pcomが規定値（１）以上であると判断されるよう
になると、ステップＳ２３７へ進んだときに、フラグが
１であると判断されることで、ステップＳ２３８へ進
み、改質ガス充填弁３１を閉じて、改質ガスの触媒燃焼
器２６への供給を遮断する。

【００６５】一方、触媒燃焼器２６に対して吸着させた
改質ガスと、触媒燃焼器２６に残存する空気とが酸化反
応して、温度TexhAが所定値（１）以上になると、ステ
ップＳ２３２からステップＳ２３９へ進んで、ガス供給
弁３４を開くと共に、改質ガス充填弁３１を閉じ、酸化
反応で発生した高温ガスを排出させ、ステップＳ２４０
では前記フラグを０にリセットする。

【００６６】上記酸化反応が終了して触媒燃焼器２６の
温度が所定値（１）よりも低くなっても、触媒燃焼器２
６の圧力Pcomが規定値（１）以上である間は、ステップ
Ｓ２３９へ進んで、ガス供給弁３４を開き、改質ガス充
填弁３１を閉じた状態を保持させる。ステップＳ２３２
〜２３４の条件が成立して再度改質ガスを触媒燃焼器２
６に吸着させた結果、再度、酸化反応が発生すれば、改
質ガスの吸着を停止させ、高温ガスを排出させる処理を
行わせ、最終的には、触媒燃焼器２６内に空気が存在し
ない状態にする。

【００６７】これにより、触媒燃焼器２６に吸着させた
改質ガスを、そのまま燃料成分として吸着させておくこ
とができるようになり、排気温度が低くなったときや次
回の始動時に、前記吸着された改質ガスを酸化反応させ
ることができ、触媒燃焼器２６による排気エミッション
の悪化を抑止できる。尚、上記のようにして触媒燃焼器
２６に改質ガスを吸着させている途中で排気温度が低下
し、改質器１１の熱源として触媒燃焼器２６から高温ガ
スを供給する必要が生じたときには、高温ガスの供給を
優先して行わせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る改質ガスエンジンを含むハイブリ
ッド自動車の駆動系を示すシステム構成図。

【図２】エンジン始動時の制御を示すフローチャート。

【図３】定常・過渡運転時制御の第１実施形態を示すフ
ローチャート。

【図４】定常・過渡運転時制御の第２実施形態を示すフ
ローチャート。

【図５】第２実施形態における電動機のアシスト・回生
制御を示すフローチャート。

【図６】アクセル開度と要求出力との相関を示す線図。

【図７】第２実施形態における電動機のアシスト・回生
制御の特性を示すタイムチャート。

【図８】定常・過渡運転時制御の第３実施形態を示すフ
ローチャート。

【図９】第３実施形態における改質ガス吸着制御を示す
フローチャート。

【符号の説明】

１…改質ガスエンジン ２…電動機 ３…駆動輪 ４…バッテリ ５…電動発電機 １１…改質器 １４…蒸発器 １５…触媒 ２６…触媒燃焼器 ２７…燃料噴射弁 ３０…空気噴射弁 ３１…改質ガス充填弁 ３３…ガス噴射弁 ３４…ガス供給弁 ３６…ヒータ ４０…コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｃ 29/02 29/02 Ｄ ３２１ ３２１Ｂ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｋ Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｆ０２Ｍ 27/02 Ａ Ｄ Ｅ (72)発明者 山内 昇 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA05 BA13 BA24 CA01 DA09 DA10 FA27 3G092 AA01 AB15 AC02 BB01 FA31 GA01 HD01Z 3G093 AA01 BA20 CA01 DB09 EA05 EC02

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排熱を利用して液体燃料を改質
   ガスに変換する改質器を備えてなる改質ガスエンジンに
   おいて、 燃料成分を酸化反応させ、該酸化反応で発生した高温ガ
   スを前記改質器に熱源として供給する触媒燃焼器を備
   え、前記改質ガスエンジンの始動時に、前記触媒燃焼器
   を作動させて前記改質器を暖機し、該暖機後の前記改質
   器で生成された改質ガスによって前記改質ガスエンジン
   を始動させることを特徴とする改質ガスエンジン。
2. 【請求項２】前記始動時と共に、前記改質ガスエンジン
   の排気温度が所定温度よりも低いときに、前記触媒燃焼
   器を作動させて前記改質器に高温ガスを熱源として供給
   することを特徴とする請求項１記載の改質ガスエンジ
   ン。
3. 【請求項３】前記触媒燃焼器に対して空気を噴射する空
   気噴射弁と前記液体燃料を噴射する燃料噴射弁とを備
   え、前記空気及び液体燃料の噴射量を制御することで、
   前記触媒燃焼器の酸化反応を制御することを特徴とする
   請求項１又は２記載の改質ガスエンジン。
4. 【請求項４】前記触媒燃焼器の温度に応じて前記空気及
   び液体燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項
   ３記載の改質ガスエンジン。
5. 【請求項５】前記触媒燃焼器を加熱するヒータを備えた
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の改質ガスエンジ
   ン。
6. 【請求項６】前記触媒燃焼器の作動を開始させるとき
   に、前記触媒燃焼器に対する空気の供給で酸化反応が開
   始しないときに、前記ヒータによる加熱を行わせると共
   に、前記触媒燃焼器に燃料を噴射させることを特徴とす
   る請求項５記載の改質ガスエンジン。
7. 【請求項７】前記触媒燃焼器内の圧力が規定値以下で、
   かつ、前記改質器の圧力が規定値以上であるときに、前
   記改質器で生成された改質ガスの一部を前記触媒燃焼器
   に供給して吸着させることを特徴とする請求項１〜７の
   いずれか１つに記載の改質ガスエンジン。
8. 【請求項８】前記触媒燃焼器に対する改質ガスの供給に
   よって前記触媒燃焼器の温度が所定温度を超えたとき
   に、前記改質ガスの供給を停止させ、かつ、前記触媒燃
   焼器内のガスを前記改質ガスエンジンの排気系に放出さ
   せることを特徴とする請求項７記載の改質ガスエンジ
   ン。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１つに記載の改質
   ガスエンジンを、電動機と共に車両の駆動源として備え
   たハイブリッド自動車であって、前記改質ガスエンジン
   の始動前の車両駆動力を前記電動機によって得ることを
   特徴とするハイブリッド自動車。
10. 【請求項１０】前記改質ガスエンジンの改質ガスによる
    自立運転状態で、前記改質ガスエンジンで車両を直接駆
    動し、かつ、前記改質ガスエンジンの負荷を過渡要求に
    対して遅らせて変化させる一方、該遅れを電動機による
    エネルギー回生又は駆動力の発生で補うことを特徴とす
    る請求項９記載のハイブリッド自動車。
11. 【請求項１１】前記改質ガスエンジンの改質ガスによる
    自立運転状態で、前記改質ガスエンジンで車両を直接駆
    動する構成とし、かつ、要求出力よりも前記改質ガスエ
    ンジンの出力が高いときに、前記電動機によってエネル
    ギー回生を行わせ、要求出力よりも前記改質ガスエンジ
    ンの出力が低いときに、前記電動機によって駆動力を発
    生させることを特徴とする請求項９記載のハイブリッド
    自動車。
12. 【請求項１２】前記電動機に対して電力を供給し、か
    つ、前記電動機による回生エネルギーが充電されるバッ
    テリの電力が規定値以下になったときに、前記改質ガス
    エンジンの出力を増加させて、前記改質ガスエンジンで
    駆動される発電機を作動させることを特徴とする請求項
    ９〜１１のいずれか１つに記載のハイブリッド自動車。