JP2004092520A - 内燃機関の排気リフォーマシステム - Google Patents

Abstract

【課題】排気リフォームシステムにおけるノッキング発生時の燃費の悪化の防止、及び、改質触媒の異常の検出／再生を図る。
【解決手段】排気リフォームシステムにおいて、ノッキングの検出によって点火時期が所定角度以上遅角された場合には、点火時期の遅角度合いに合わせて、リフォームガスの還流量制御弁の開度を増大し、リフォームガスの吸気通路への還流量を増大して燃費悪化を防ぐ。また、排気還流路に設けられた改質触媒の異常を、筒内圧センサのある機関では最大筒内圧が発生するクランク角度により、また、筒内圧センサがない機関では回転変動の大きさにより判定する。改質触媒内に炭素が析出した異常時には二次空気の供給により析出炭素を消滅させる。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気リフォーマシステムに関し、特に、排気ガスの一部を吸気通路に還流する内燃機関において、還流排気ガスに燃料を供給した後に熱で燃料を改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に還流するようにした内燃機関の排気リフォーマシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気ガスの一部を取り出してこれを吸気系統に還流させ、吸気に混合させて燃焼時の最高温度を下げ、排気ガス中のＮＯｘを低減するＥＧＲシステムは公知である。このＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ量が多い場合には点火時期を進角させることが一般に行われている。
【０００３】
このＥＧＲシステムを改良したシステムとして近年、還流する排気ガスに燃料の一部を加え、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを、排気ガスの熱を利用して加熱すると共に、改質触媒を通すことによってこの混合ガスに吸熱改質反応を行わせ、混合ガスから水素と一酸化炭素を含む改質ガス（リフォームガス）を生成し、このリフォームガスを吸気系統に還流することによって、効率の良い排気熱の回収、燃費の向上を図った内燃機関の排気リフォーマシステムが提案されている（例えば、特開昭６１−３５３７５号参照）。
【０００４】
ところで、一般の内燃機関では、機関にノッキングが発生すると、このノッキングの回避のために、通常、点火時期を遅角することが行われている。そして、前述のような排気リフォーマシステムを備えた内燃機関においても、機関にノッキングが発生すると、一般の内燃機関と同様に、点火時期を遅角することが行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノッキングの回避のために点火時期を遅角すると、内燃機関の排気ガス温度が上昇し、トルクが低下してしまうという問題点がある。
【０００６】
また、前述のような内燃機関の排気リフォーマシステムを備えた内燃機関において、混合ガス中の燃料を改質するための改質触媒の温度が低かったり、改質触媒に炭素が析出して改質触媒が劣化すると、混合ガスの改質効果が失われ、単に排気ガスが内燃機関の吸気通路に還流されることになり、前述のＥＧＲシステムと同じになってしまう。このような状態では、点火時期が進角されてトルクが低下し、燃費が悪化したり、トルク変動が大きくなるという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、排気リフォーマシステムを備えた内燃機関において、ノッキングが発生した時のように、内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角された時に、燃費の悪化を防止することができる内燃機関の排気リフォーマシステムを提供することを第１の目的としている。
【０００８】
また、本発明は、排気リフォーマシステムを備えた内燃機関において、改質触媒の劣化、或いは不活性状態を検出することにより、燃費の悪化やトルク変動を防止することができる内燃機関の排気リフォーマシステムを提供することを第２の目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の内燃機関の排気リフォーマシステムは、以下に示す第１から第１２の形態をとることができる。
【００１０】
第１の形態は、内燃機関の排気通路から取り出した排気ガスの一部に燃料を加えて混合ガスを生成し、この混合ガスを加熱して改質したリフォームガスを、内燃機関の吸気通路に還流する排気リフォーマシステムにおいて、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を設け、この運転状態検出手段によって前記内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角されたか否かを検出し、点火時期が所定角度以上遅角された場合には、点火時期の遅角度合いに合わせて、還流量制御手段によりリフォームガスの前記吸気通路への還流量を増大することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の形態は、第１の形態において、運転状態検出手段による、内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角されたか否かの判定が、運転状態検出手段による内燃機関のノッキングの検出であることを特徴とするものである。
【００１２】
第３の形態は、第１の形態において、排気通路の三元触媒の下流側に、熱交換器を備えた改質触媒を設け、改質触媒の下流側の排気通路を分岐して、分岐管によって排気ガスの一部を取り出し、この分岐管の途中に燃料噴射弁を設けて、この分岐管内を流れる排気ガス中に燃料を噴射して混合ガスを生成し、混合ガスを、改質触媒に導入し、熱交換器の熱を利用して改質することによりリフォームガスを生成し、改質触媒から出力されたリフォームガスを還流管によって吸気通路に導入するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
第４の形態は、第３の形態において、燃料噴射弁と改質触媒との間の分岐管に、排気ガスのエネルギを利用した燃料蒸発器を設けて排気ガス中の燃料の気化を促進させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
第５の形態は、第３又は第４の形態において、還流管の途中に還流量調整手段としての流量調節弁を設け、この流量調節弁は点火時期調整手段の点火時期の遅角量の大きさに応じて、その開度を増大するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
第６の形態は、第３から５の何れかの形態において、燃料噴射弁の分岐管内への燃料噴射量を、内燃機関の回転数、負荷が大きい時には増大するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
第７の形態は、第３又は第４の形態において、更に、改質触媒から排出されたリフォームガスの改質状態を判定し、リフォームガスの改質状態が良好でない場合には、改質触媒が異常であると判定する改質触媒異常判定手段を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
第８の形態は、第７の形態において、改質触媒異常判定手段が、内燃機関に設けられた筒内圧センサによってリフォームガスを吸気通路に還流している状態の筒内圧を検出し、最大筒内圧の発生するクランク角度の状態、及び内燃機関の運転状態に応じて予め定められている設定点火時期との間の隔たりが所定の値を越えた時に、改質触媒が異常であると判定することを特徴とするものである。
【００１８】
第９の形態は、第７の形態において、改質触媒異常判定手段が、内燃機関に設けられた機関回転数センサによってリフォームガスを吸気通路に還流している状態の機関の回転数変動を検出し、この回転数変動が所定値を越えた時に、改質触媒が異常であると判定することを特徴とするものである。
【００１９】
第１０の形態は、第８又は第９の形態において、改質触媒異常判定手段は、改質触媒の異常の判定時に、異常の原因が触媒の温度低下によるものか、或いは炭素の析出によるものかを判断することを特徴とするものである。
【００２０】
第１１の形態は、第１０の形態において、改質触媒異常判定手段は、改質触媒の異常の原因が、触媒の温度低下である時は点火時期を補正し、炭素の析出である時には、分岐管に接続された二次空気導入装置から二次空気を分岐管内に導入し、改質触媒で発熱反応を起こして触媒温度を上昇させ、炭素を焼失させることを特徴とするものである。
【００２１】
第１２の形態は、第３から第１１の形態の何れかにおいて、内燃機関の吸気通路に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射量が、分岐通路に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射量に応じて、三元触媒の上流側の排気ガスが、理論空燃比の排気ガスとなるように補正されることを特徴とするものである。
【００２２】
第１から第６の形態の内燃機関の排気リフォーマシステムによれば、ノッキングが発生した時のように、内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角された時に、燃費の悪化を防止することができる。
【００２３】
また、第７から第１２の形態の内燃機関の排気リフォーマシステムによれば、改質触媒の劣化、或いは不活性状態が検出されるので、燃費の悪化やトルク変動を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の排気リフォーマシステムの第１の実施例の構成を示すものであり、リフォーマシステムを備えた内燃機関（以後エンジンという）の全体の構成を示すものである。
【００２６】
エンジン１０の吸気管１には吸気量を調節するスロットル弁１が設けられており、スロットル弁１を通過した吸気はサージタンク３を経て、吸気ポート４　からエンジン１０内に入る。この実施例のエンジン１０は４気筒であり、各吸気ポート４には燃料噴射弁５が設けられている。この燃料噴射弁５には、図示しない燃料タンクからの燃料が導かれており、エンジン１０を制御するための電子制御ユニット（以後ＥＣＵという）２０からの信号によって開弁することによって、燃料を吸気ポート４内に噴射する。
【００２７】
燃焼後にエンジン１０から排出される排気ガスは排気管６を通じて大気中に放出される。この排気管６には、三元触媒７、熱交換器を備えた改質触媒８（以後単に改質触媒８という）及び燃料蒸発器９が、排気上流側からこの順に設けられている。また、排気リフォーマシステムを備えた本発明のエンジン１０では、排気管６の燃料蒸発器９の下流側が分岐管１１によって分岐され、排気管６を流れる排気ガスの一部が取り出せるようになっている。
【００２８】
分岐管１１によって取り出された排気ガスの一部には、エンジンの吸気ポート４に設けられた燃料噴射弁５とは別の燃料噴射弁１２（以後この燃料噴射弁を排気噴射弁１２という）が設けられている。燃料が噴射された排気ガス（以後この排気ガスを混合ガスという）は、燃料蒸発器９と改質触媒８を通過した後に、スロットル弁２の下流側の吸気管１に接続されたリフォームガスの還流管１３に流入する。
【００２９】
燃料蒸発器９はその一端を排気管６が通過するものであり、排気ガスから得た熱を燃料蒸発器９の中を流れる混合ガスに与えることができる。燃料蒸発器９の中を流れる混合ガスの中の燃料は、この排気ガスの熱により蒸発が促進されて気化する。燃料蒸発器９を通過して燃料の気化が促進された混合ガスは熱交換器を備えた改質触媒８に入る。なお、この燃料蒸発器９を設けていない排気リフォーマシステムもある。
【００３０】
改質触媒８には、エンジン１０から排出された排気ガスを通すための排気ガス通路と、この排気ガス通路とは隔壁で隔てられ、混合ガスから改質ガス（リフォームガス）を生成するための触媒がある。改質触媒８は、排気ガスの熱を利用して混合ガスに吸熱反応を起こさせ、下式に示すように、水素と一酸化炭素とを含む改質ガスを生成するものであり、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈを使用することができる。
【００３１】
【化１】

【００３２】
この吸熱反応に使用される熱量９８４．８ｋｃａｌは、隔壁を通して排気管６を流れる排気ガスから得られるものである。
【００３３】
改質触媒８で改質されたリフォームガスは、流量調整弁であるリフォームガス制御弁１４でその流量を調整されてエンジン１０の吸気管１に流入する。このリフォームガス制御弁１４には、通常の制御弁、例えば、ＥＧＲ弁と同じ弁を使用することができる。リフォームガス制御弁１４の開度はＥＣＵ（電子制御ユニット）２０によって制御される。
【００３４】
ＥＣＵ２０はエンジン１０を制御するものであり、このＥＣＵ２０にはエンジン１０のノッキング（以後単にノックという）を検出するノックセンサ２１からのノック検出信号、排気管６に設けられた排気温センサ２２からの排気温信号や、図示しないセンサからのエンジンの回転数信号及び負荷信号等の、エンジン１０の運転状態を示す信号が入力される。ＥＣＵ２０はこれらの運転状態パラメータに基づいて燃料噴射弁５からの燃料噴射量、排気噴射弁１２からの燃料噴射量、リフォームガス制御弁１４の開度等を制御する。
【００３５】
図２は、図１に示したエンジン１０においてノック頻度が大きくなった時の制御の概要を示すものである。本発明の第１の実施例においては、（ａ）に示すように、ノック頻度が高くなった場合には、ノック回避のために点火時期の遅角が行われる。すると、（ｂ）に示すように、排気温が高くなる。この時は、エンジン１０のトルクが低下するために、燃費が悪化する。そこで、第１の実施例では、（ｃ）に示すように、ノック頻度が高い時には、リフォームガス制御弁１４の開度を大きくし、リフォームガスの量を多くする。
【００３６】
ノックが発生して点火時期を遅角するような場合では、排気温が上昇するので排気管６に設けた改質触媒８の温度も上昇するため、リフォームガス量を増やすことができる。そして、リフォームガス量を増やすと、吸熱によってエネルギを蓄えているリフォームガスによって燃焼エネルギを増大させることができるので、点火時期の遅角による燃費悪化の割合を低減することができる。
【００３７】
図３は本発明の第１の実施例のリフォーマシステムにおいて、ノッキングが発生した時にリフォームガス量を増やす、ＥＣＵ２０の制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップ３０１では、ＥＣＵ２０は、図１に図示していないセンサからのエンジン回転数と負荷を読み込むと共に、排気温センサ２２によって検出された排気温を読み込む。続くステップ３０２では、ＥＣＵ２０はエンジン１０に取り付けられたノックセンサ２１からの信号と、現在の点火時期遅角量を読み込む（点火時期が進角の場合は負の値）を読み込む。
【００３９】
これらの運転状態パラメータを読み込んだ後は、ＥＣＵ２０はステップ３０３において、エンジン回転数、負荷、点火時期遅角量に応じた排気噴射量を演算する。排気噴射量の演算では、ＥＣＵ２０はまず、エンジン回転数と負荷に応じて点火時期遅角量と排気噴射量のマップを選択し、選択したマップの特性で点火時期遅角量に対する排気噴射量を演算する。図５（ａ）に示す特性図は、或るエンジン回転数と負荷の状態における点火時期遅角量（特性図の横軸は点火時期を示す）に対する排気噴射量を示すものであり、ＥＣＵ２０はこの特性図からこのエンジン回転数と負荷に応じた排気噴射量を演算する。
【００４０】
そして、ステップ３０４では、ＥＣＵ２０はエンジン回転数、負荷、点火時期遅角量、及び排気温に応じたリフォームガス制御弁１４の開度を演算する。ここでも、ＥＣＵ２０はまず、エンジン回転数と負荷に応じて点火時期遅角量とリフォームガス制御弁１４の開度のマップを選択し、選択したマップの特性で現在の点火時期遅角量に対するリフォームガス制御弁１４の開度を演算する。
【００４１】
このようにしてエンジン１０の運転状態に応じたリフォームガス制御弁１４の開度を演算した後は、ステップ３０５において、エンジン１０にノックが発生したか否かを判定する。そして、エンジン１０にノックが発生していないと判定した時（ＮＯ）はステップ３０７に進み、ステップ３０３で演算した排気噴射量の排気噴射弁１２からの噴射を実施すると共に、ステップ３０４で演算したリフォームガス制御弁１４の開度制御を実施してこのルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ステップ３０５でノックが発生したと判定した時（ＹＥＳ）はステップ３０６に進み、現在の点火時期遅角量に応じて排気噴射量とリフォームガスの流量を、図５（ａ），（ｂ）に示す特性図に基づいて補正する。排気噴射量は点火時期遅角量が大きいほど大きいので、その補正量も大きい。リフォームガス流量の補正量は、図５（ｂ）から分かるように、点火時期遅角量（特性図の横軸は点火時期を示す）が大きいほどリフォームガス量が増大する方向であり、点火時期遅角量が大きいほどリフォームガス制御弁１４の開度の補正量が大きい。そして、ステップ３０７に進み、ステップ３０６で演算した開度補正量に基づいて、リフォームガス制御弁１４の開度制御を実施すると共に、ステップ３０３で演算した排気噴射量を排気噴射弁１２から噴射してこのルーチンを終了する。
【００４３】
なお、前述の例では、ノックセンサ２１によってエンジン１０にノックが発生した時のみ、リフォームガス制御弁１４の開度が増大するように補正され、ノック時に通常よりも多いリフォームガスがエンジン１０に供給されたが、ノックセンサ２１の信号を使用せずに、現在の点火時期の遅角量のみを監視することによってリフォームガスのエンジン１０への供給量の補正量を演算することもできる。この時の制御例を図４を用いて説明する。
【００４４】
なお、図４に示す制御例は、図３で説明した制御例において、リフォームガスのエンジン１０への供給補正量を点火時期の遅角量に基づいて行うものであるので、図３で説明した制御例とはステップ３０２とステップ３０５の手順のみが異なる。よって、図４のフローチャートの説明では、図３で説明したフローチャートと同じ制御ステップには同じ符号を付してその説明を省略し、異なるステップのみを説明する。
【００４５】
図４に示すフローチャートでは、ステップ３０１の後に、現在の点火時期の遅角量のみを読み込むステップ４０１を実行する。そして、ステップ３０５に代えて、ステップ４０１で読み込んだ現在の点火時期遅角量が所定遅角量Ｎよりも大きいか否かを判定するステップ４０２を実行する。ステップ４０２の判定では、現在の点火時期遅角量≦Ｎの場合はステップ３０７に進み、現在の点火時期遅角量≦Ｎの場合はステップ３０６を実行してからステップ３０７に進む。
【００４６】
以上のような制御により、本発明の第１の実施例では、エンジン１０にノックが発生した場合、或いは点火時期遅角量が所定遅角量Ｎを越えた場合に、リフォームガス制御弁１４の開度が増大するように補正され、通常時よりも多いリフォームガスがエンジン１０に供給され、エンジン１０の燃費の悪化が防止される。
【００４７】
図５（ｃ）はノック発生時の点火時期遅角量（横軸は点火時期を示す）に応じた燃費悪化割合を示すものであり、破線で示す特性が排気リフォームシステムを備えないエンジンにおける燃費悪化割合を示しており、実線で示す特性が本発明の排気リフォームシステムを備えたエンジンにおける燃費悪化割合を示している。この２つの特性の差が本発明の排気リフォームシステムによる燃費悪化の改善度合いを示している。
【００４８】
また、図６（ａ）はリフォーマシステムにおいて還流させる排気ガス中に含まれる燃料の改質割合と燃費改善効果の予想値の関係を示す特性図である。ここで燃料の改質割合とは、図１に示したエンジン１０の、吸気ポート４に設けられた燃料噴射弁５と、分岐管１１に設けられた排気噴射弁１２の両方から噴射される全燃料に対して、改質触媒８によって改質された燃料の割合である。この特性から、燃料の改質割合が大きいほど、燃費改善効果の予想値が大きくなることが分かる。
【００４９】
この予想値に対して、図６（ｂ）は実際の排気噴射割合に対する燃費効果を示すものであり、実機による実測値である。ここで、排気噴射割合とは、燃料噴射弁５と排気噴射弁１２の両方から噴射される全燃料に対して、排気噴射弁１２から噴射される燃料の割合である。また、燃費効果とは、リフォームガスの吸気管１への流入によるトルクの上昇率を示すものである。この図から、排気噴射割合を増やしてリフォームガスを増やせば、トルクが上昇して燃費効果が上がることが分かる。よって、本発明のリフォームシステムによれば、エンジン１０にノックが発生した場合、或いは点火時期遅角量が所定遅角量を越えた場合に、エンジン１０の燃費の悪化が防止される。
【００５０】
図７は、本発明の排気リフォーマシステムの第２の実施例の構成を示す内燃機関の全体構成図である。第２の実施例では、第１の実施例のリフォーマシステムにおけるエンジン１０の少なくとも１つの気筒内に、筒内圧センサ２３が設けられている点と、リフォーマガスの還流管１３の入口部に二次空気供給装置１８が設けられている点のみが異なる。筒内圧センサ２３による気筒内圧力の検出値ＰはＥＣＵ２０に入力される。また、二次空気供給装置１８には、ポンプ１５、二次空気供給管１６及びエアクリーナ１７があり、エアクリーナ１７を経たクリーンな空気がポンプ１５によって二次空気供給管１６から分岐管１１に流入する。ポンプ１５はＥＣＵ２０によって駆動され、二次空気の供給量が制御される。
【００５１】
第２の実施例では、ＥＣＵ２０によって改質触媒８の異常が検出される。図８（ａ）は図７で説明した筒内圧センサ２３が設けられたエンジン１０における本発明の排気リフォーマシステムにおいて、改質触媒８の異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【００５２】
ステップ８０１ではエンジンの回転数、負荷及び筒内圧Ｐの値をＥＣＵ２０を読み込む。続くステップ８０２では、ＥＣＵ２０が、筒内圧Ｐが最大値Ｐｍａｘ　となるクランク角度を検出する。改質触媒８が正常である時は、筒内圧Ｐが最大値Ｐｍａｘ　となるクランク角度は、１０〜１５°ＡＴＤＣである。ところが、改質触媒８が異常状態（例えば触媒内に炭素が析出する状態）になった時には、筒内圧Ｐが最大値Ｐｍａｘ　となるクランク角度は、１０〜１５°ＡＴＤＣからずれてしまう。
【００５３】
図１０（ａ）は、本発明の排気リフォーマシステムにおける改質触媒８の異常判定の根拠を示すものであり、図７に示した排気還流管１３に噴射された燃料の改質割合と最大筒内圧が発生するクランク角度との関係を示すものである。この図から分かるように、改質触媒８が正常状態で混合ガス中の燃料の改質割合が大きい時には、筒内圧Ｐが最大値Ｐｍａｘ　となるクランク角度は進角側にあるが、改質触媒８が異常となって混合ガス中の燃料の改質割合が小さくなると、筒内圧Ｐが最大値Ｐｍａｘ　となるクランク角度が遅角側に移行する。
【００５４】
この理由は、排気リフォーマシステムにおいて、改質触媒８で燃料の改質が進行しないと、単にＥＧＲガスが吸気系に戻るだけのことになり、燃焼が遅くなるからである。そして、一般に、改質割合が小さくなってＥＧＲ量が多くなると、ＥＣＵ２０は、トルクが大きくなるように点火時期を変化させ、設定点火時期は、図１０（ｃ）に示すように進角側に移行する（要求進角が大きくなる）からである。
【００５５】
そこで、ステップ８０３では、筒内圧の最大値Ｐｍａｘ　の発生時期が、所定のクランク角度範囲内か否かを判定することによって、改質触媒８が正常か否かを判定する。そして、筒内圧の最大値Ｐｍａｘ　の発生時期が、所定のクランク角度範囲内である時は、改質触媒８は正常と判定してこのルーチンを終了するが、所定のクランク角度範囲を越えた時には、ステップ８０４に進んで改質触媒８が異常であると判定する。
【００５６】
一方、エンジン１０に筒内圧センサ２３が設けられていない場合でも、エンジン１０の回転変動を検出することによって、改質触媒８の異常を検出することが可能である。次にこの実施例を図８（ｂ）を用いて説明する。
【００５７】
ステップ８０５では、エンジンの回転数、負荷をＥＣＵ２０を読み込む。次いで、ステップ８０６において過去に検出したエンジン回転数の記憶値から、エンジンの回転数変動を演算する。改質触媒８が正常である時は、エンジンの回転数変動は所定値の範囲内に納まっている。ところが、改質触媒８が異常状態になった時には、エンジンの回転数変動が大きくなる。
【００５８】
図１０（ｂ）は、本発明の排気リフォーマシステムにおける改質触媒８の異常判定の根拠を示すものであり、図７に示した排気還流管１３に噴射された燃料の改質割合と回転数変動の大きさとの関係を示すものである。この図から分かるように、改質触媒８が正常状態で混合ガス中の燃料の改質割合が大きい時には、回転数変動が小さいが、改質触媒８が異常となって混合ガス中の燃料の改質割合が小さくなると、回転数変動が大きくなる。
【００５９】
そこで、ステップ８０７では、エンジンの回転数変動が所定値以上か否かを判定する。そして、エンジンの回転数変動が所定値以内の時は、改質触媒８は正常と判定してこのルーチンを終了するが、所定値を越えた時には、ステップ８０８に進んで改質触媒８が異常であると判定する。
【００６０】
このようにして改質触媒８の異常が検出された場合、改質触媒８の異常には、改質触媒８中に炭素が析出した真の改質触媒８の異常状態と、エンジンの負荷が小さく、改質触媒８に加わる排気ガスからの熱量が不十分で改質触媒８で燃料の改質が行われない擬似的な改質触媒８の異常状態の２通りがある。
【００６１】
図９は、このような２通りの改質触媒８の異常を考慮しつつ、改質触媒８が異常と判定された時の本発明における対応の手順を示すフローチャートである。
【００６２】
ステップ９０１では改質触媒８の異常判定が有ったか否かを判定する。改質触媒８の異常判定がない場合にはこのルーチンを終了し、改質触媒８の異常判定があった場合にはステップ９０２に進む。ステップ９０２では現在のエンジンの負荷が設定値未満か否かを判定する。そして、エンジン負荷が設定より大きい場合にはステップ９０６に進み、改質触媒８の中に炭素が析出したと判定する。
【００６３】
この場合はステップ９０７において改質触媒８の中の析出炭素の焼失処理を行ってこのルーチンを終了する。改質触媒８の中の析出炭素の焼失処理は、図７に示した二次空気供給装置１８から二次空気を分岐管１１の中に導入し、かつ、改質触媒８で混合ガスの空燃比がリーンとなるように排気噴射弁１２からの排気噴射量を調整することによって行う。このようにすると、混合ガスが改質触媒８で発熱反応を起こし、触媒温度を上昇させるので、改質触媒８の中の析出炭素が燃えて焼失するのである。
【００６４】
なお、前述の実施例において、排気管６には三元触媒７が設けられているので、排気リフォームガスを吸気管１内に流入させた状態でも、三元触媒７の上流側の排気ガスは、理論空燃比の燃料を供給した状態における排気ガスと同等になる必要がある。よって、本発明の排気リフォーマシステムを備えたエンジン１０では、排気噴射弁１２から噴射する燃料噴射量と排気ポート４に設けた燃料噴射弁５からの燃料噴射量の合計値による空燃比が、理論空燃比になるように、燃料噴射弁５からの燃料噴射量が補正される。
【００６５】
一方、ステップ９０２でエンジン負荷が設定値未満であると判定した時にはステップ９０３に進む。ステップ９０３ではリフォームガス制御弁１４の開度を減少させると共に、排気噴射弁１２からの排気噴射量を低減する。改質触媒８に流入させる排気ガスの量と、排気噴射弁１２から噴射させる排気噴射量とを減じることにより、改質触媒８における吸熱反応による触媒の温度低下代を小さくし、改質触媒８の触媒温度を上昇させる。これで改質触媒８の改質反応が進めば、改質触媒８に異常はなく、温度が低下していたことになる。そこで、この状態でエンジン１０を暫く動作させてから、図８（ａ）又は図８（ｂ）で説明した改質触媒８の異常判定を再実行する。
【００６６】
この後、ステップ９０５において、改質触媒８が正常状態に復帰したか否かを判定する。そして、この改質触媒８の異常判定の再実行でも改質触媒８が異常である場合には、ステップ９０６に進んで改質触媒８中に炭素が析出したと判定して、ステップ９０７で前述の析出炭素の焼失処理を行ってこのルーチンを終了する。
【００６７】
これに対して、ステップ９０５の判定で改質触媒８が正常に復帰したと判定した時は、ステップ９０８に進んで改質触媒８の温度低下によりリフォームガスの改質が不十分であったと判定する。この場合は、改質触媒８自体には異常がないのでステップ９０９に進み、リフォームガス制御弁１４の開度と、排気噴射弁１２からの排気噴射量を元の状態に戻してこのルーチンを終了する。
【００６８】
このように、本発明では、改質触媒８中に炭素が析出した真の改質触媒８の異常状態と、エンジンの負荷が小さく、改質触媒８に加わる排気ガスからの熱量が不十分で改質触媒８で燃料の改質が行われない擬似的な改質触媒８の異常状態の２通りに対応することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関の排気リフォーマシステムによれば、内燃機関にノッキングが発生した時のように、内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角された時に、燃費の悪化を防止することができるという効果がある。
【００７０】
また、改質触媒の劣化、或いは不活性状態が検出されるので、燃費の悪化やトルク変動を防止することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気リフォーマシステムの第１の実施例の構成を示す内燃機関の全体構成図である。
【図２】図１に示した内燃機関におけるノック頻度と制御パラメータとの関係を示すものであり、（ａ）はノック頻度と点火時期との関係を示す特性図、（ｂ）はノック頻度と排気温との関係を示す特性図、（ｃ）は制御弁開度によるリフォーマガスの多少とノック頻度との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施例のリフォーマシステムにおけるノッキングの発生時に、リフォームガス制御弁の開度を調整する手順を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例のリフォーマシステムにおける、点火時期の遅角量に応じてリフォームガス制御弁の開度を調整する手順を説明するフローチャートである。
【図５】第１の実施例のリフォーマシステムにおける点火時期の遅角量と制御パラメータとの関係を示すものであり、（ａ）は点火時期の遅角量と排気噴射量との関係を示す特性図、（ｂ）は点火時期の遅角量と制御弁開度の補正量との関係を示す特性図、（ｃ）は点火時期の遅角量と燃費悪化割合との関係を示す特性図である。
【図６】（ａ）はリフォーマシステムにおいて還流させる排気ガス中に含まれる燃料の改質割合と燃費改善効果の予想値の関係を示す特性図、（ｂ）は還流する排気ガス中への排気噴射量の全燃料噴射量に対する割合と燃費効果の実測値を示す特性図である。
【図７】本発明の排気リフォーマシステムの第２の実施例の構成を示す内燃機関の全体構成図である。
【図８】（ａ）は筒内圧センサを有する本発明の排気リフォーマシステムにおいて改質触媒の異常を判定する手順を示すフローチャート、（ｂ）は筒内圧センサがない場合に本発明の排気リフォーマシステムにおいて改質触媒の異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図９】改質触媒が異常と判定された時の対応の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の排気リフォーマシステムにおける改質触媒の異常判定の根拠を示すものであり、（ａ）は排気還流路に噴射された燃料の改質割合と最大筒内圧が発生するクランク角度との関係を示す特性図、（ｂ）は排気還流路に噴射された燃料の改質割合と回転変動との関係を示す特性図、（ｃ）は排気還流路に噴射された燃料の改質割合と点火時期の要求進角度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１…吸気管
５…燃料噴射弁
６…排気管
７…三元触媒
８…改質触媒
９…燃料蒸発器
１０…エンジン
１１…分岐管
１２…排気噴射弁
１３…還流管
１４…リフォームガス制御弁
１５…ポンプ
１６…二次空気供給管
２０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２１…ノックセンサ
２２…排気温センサ
２３…筒内圧センサ

Claims (12)

1. 内燃機関の排気通路から取り出した排気ガスの一部に燃料を加えて混合ガスを生成し、この混合ガスを加熱して改質したリフォームガスを、内燃機関の吸気通路に還流する排気リフォーマシステムにおいて、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を設け、
   この運転状態検出手段によって前記内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角されたか否かを検出し、
   点火時期が所定角度以上遅角された場合には、点火時期の遅角度合いに合わせて、還流量制御手段により前記リフォームガスの前記吸気通路への還流量を増大することを特徴とする内燃機関の排気リフォーマシステム。
2. 前記運転状態検出手段による、前記内燃機関の点火時期が所定角度以上遅角されたか否かの判定が、前記運転状態検出手段による前記内燃機関のノッキングの検出であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
3. 前記排気通路の三元触媒の下流側に、熱交換器を備えた改質触媒を設け、
   前記改質触媒の下流側の前記排気通路を分岐して、分岐管によって排気ガスの一部を取り出し、
   この分岐管の途中に燃料噴射弁を設けて、この分岐管内を流れる排気ガス中に燃料を噴射して前記混合ガスを生成し、
   前記混合ガスを、前記改質触媒に導入し、前記熱交換器の熱を利用して改質することによりリフォームガスを生成し、
   前記改質触媒から出力されたリフォームガスを還流管によって前記吸気通路に導入するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
4. 前記燃料噴射弁と前記改質触媒との間の分岐管に、排気ガスのエネルギを利用した燃料蒸発器を設けて前記排気ガス中の燃料の気化を促進させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
5. 前記還流管の途中に前記還流量制御手段としての流量制御弁を設け、この流量制御弁は点火時期の遅角量の大きさに応じて、その開度を増大するようにしたことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
6. 前記燃料噴射弁の前記分岐管内への燃料噴射量を、内燃機関の回転数、負荷が大きい時には増大するようにしたことを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
7. 請求項３又は４に記載の内燃機関の排気リフォーマシステムにおいて、更に、前記改質触媒から排出されたリフォームガスの改質状態を判定し、前記リフォームガスの改質状態が良好でない場合には、前記改質触媒が異常であると判定する改質触媒異常判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気リフォーマシステム。
8. 前記改質触媒異常判定手段が、
   前記内燃機関に設けられた筒内圧センサによって前記リフォームガスを前記吸気通路に還流している状態の筒内圧を検出し、
   最大筒内圧の発生するクランク角度の状態、及び前記内燃機関の運転状態に応じて予め定められている設定点火時期との間の隔たりが所定の値を越えた時に、前記改質触媒が異常であると判定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
9. 前記改質触媒異常判定手段が、
   前記内燃機関に設けられた機関回転数センサによって前記リフォームガスを前記吸気通路に還流している状態の機関の回転数変動を検出し、
   この回転数変動が所定値を越えた時に、前記改質触媒が異常であると判定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
10. 前記改質触媒異常判定手段は、前記改質触媒の異常の判定時に、異常の原因が触媒の温度低下によるものか、或いは炭素の析出によるものかを判断することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
11. 前記改質触媒異常判定手段は、前記改質触媒の異常の原因が、触媒の温度低下である時は点火時期を補正し、炭素の析出である時には、前記分岐管に接続された二次空気導入装置から二次空気を前記分岐管内に導入し、前記改質触媒で発熱反応を起こして触媒温度を上昇させ、前記炭素を焼失させることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。
12. 前記内燃機関の吸気通路に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射量が、前記分岐通路に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射量に応じて、前記三元触媒の上流側の排気ガスが、理論空燃比の排気ガスとなるように補正されることを特徴とする請求項３から１１の何れか１項に記載の内燃機関の排気リフォーマシステム。

Images