JP2006118488A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関において、燃焼変動の原因を判定すること。
【解決手段】この内燃機関１は、改質触媒により排ガスと燃料との混合気を改質して、水素を含む改質ガスを生成するとともに、吸気通路を介して前記改質ガスを燃焼室へ還流させる改質器２０と、燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼圧力センサ４８とを含む。そして、燃焼圧力センサ４８が許容値以上の燃焼変動を検知したときには、改質器２０が備える改質触媒の温度を上昇させることにより、燃焼変動が改質触媒の性能低下によるものか、改質触媒に供給される改質用燃料Ｆｒの性状によるものかを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関に関する。

内燃機関の排ガス中に燃料を添加し、両者の混合気を改質触媒で改質した改質ガスを内燃機関の吸気管に供給するものが知られている（例えば特許文献１）。

特開平６−２６４７３２

ところで、改質が所期の通りに進行していない場合には、改質ガスが供給される内燃機関に発生する燃焼変動が増加する。この燃焼変動を抑えるため、燃焼変動が発生している原因を特定し、その原因を取り除く必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、前記燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することはできなかった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関において、この内燃機関の燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することのできる内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、改質触媒により排ガスと燃料との混合気を改質して、水素を含む改質ガスを生成するとともに、吸気通路を介して前記改質ガスを燃焼室へ還流させる改質手段と、前記燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、を含み、前記燃焼状態検出手段が許容値以上の燃焼変動を検知したときには、前記改質触媒の温度を上昇させることにより、前記燃焼変動が前記改質触媒の性能低下によるものか、前記改質触媒に供給される改質用燃料の性状によるものかを判定することを特徴とする。

この内燃機関は、改質が不十分であることに起因して前記内燃機関に許容値以上の燃焼変動が発生した場合、改質触媒の温度を上昇させることによって生ずる変化に基づいて、前記燃焼変動の原因を特定する。これによって、前記燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、あるいは改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することができる。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質触媒の温度を上昇させた後に前記燃焼状態検出手段が検出した昇温後燃焼変動に基づいて、前記燃焼変動が前記改質触媒の性能低下によるものか、前記改質触媒に供給される改質用燃料の性状によるものかを判定することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼変動の原因が前記改質触媒自体の性能低下である場合には、前記改質触媒の温度を上昇させる運転を所定時間継続することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼変動の原因が前記改質触媒自体の性能低下である場合には、前記内燃機関から前記改質触媒へ空気を供給するとともに、前記改質触媒へ改質用燃料を供給することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関は、これに接続される電動機／発電機とともにハイブリッド駆動装置を構成し、前記改質触媒へ空気を供給するときには、前記電動機／発電機によって前記内燃機関を駆動することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼変動の原因が前記改質用燃料の性状である場合には、前記改質触媒の温度を上昇させることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼変動の原因が前記改質用燃料の性状である場合には、前記改質触媒に供給する改質用燃料の供給量をそれまでよりも減少させることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関が排出する排ガスの温度を上昇させ、このときの排ガスを前記改質触媒へ供給することにより、前記改質触媒の温度を上昇させることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関が排出する排ガスの温度を上昇させるために、前記内燃機関を、要求動作点よりも高負荷又は高回転のうち少なくとも一方の動作点で運転することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関は、これに接続される電動機／発電機とともにハイブリッド駆動装置を構成し、前記内燃機関の動作点の変更に起因する出力又は機関回転数の変動を、前記電動機／発電機によって吸収することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の出力を無段階変速機で伝達する場合には、前記内燃機関の動作点を高回転側に変更するとともに、前記無段階変速機の減速比を動作点の変更前よりも大きくすることを特徴とする。

この発明に係る内燃機関では、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関において、この内燃機関の燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することができる。

以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

この実施例に係る内燃機関は、排ガスと燃料との混合気を改質して生成された改質ガスを還流させる内燃機関において、改質が不十分であることに起因して発生する燃焼変動の原因を、改質触媒の温度を上昇させることによって特定する点に特徴がある。改質触媒の温度を上昇させる方法としては、以下に説明するような、内燃機関の排出する排ガスの温度を上昇させる方法の他、電気ヒータのような加熱装置で改質触媒を加熱する方法がある。

図１は、この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。図２は、この実施例に係る内燃機関をハイブリッド車両に搭載した例を示す説明図である。まず、この実施例に係る内燃機関の構成について説明する。この実施例に係る内燃機関１は、改質手段である改質器２０に排ガスＥｘの一部を導き、この排ガスＥｘに炭化水素（ＨＣ）を含む燃料を供給することによって水素（Ｈ₂）を生成する。そして、この改質反応によって得られた水素を含むガス（以下改質ガスという）Ｅｘｒを内燃機関１に還流させる。この内燃機関１は、例えば、図２に示すように、第２電動機／発電機ＭＧ２と内燃機関１とにより駆動されるハイブリッド車両１１０の駆動源として用いられる。

内燃機関１は、４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また、内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１の各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄には、気筒内の燃焼室における燃焼状態を判定するため、燃焼状態検出手段の一例である燃焼圧力センサ４８₁〜４８₄が取り付けられている。この燃焼圧力センサ４８₁〜４８₄によって各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄内の燃焼圧力を測定して、内燃機関１の燃焼状態を判定する。

また、内燃機関１に取り付けられる回転数センサ４３を燃焼状態検出手段として用い、これによって検出される内燃機関１の回転数変動に基づいて、内燃機関１の燃焼状態を検出することもできる。さらに、点火プラグＳＰ₁〜ＳＰ₄を燃焼状態検出手段として用い、点火プラグＳＰ₁〜ＳＰ₄から内燃機関１の燃焼イオン電流を検出することにより、内燃機関１の燃焼状態を検出することもできる。なお、燃焼イオン電流は、内燃機関１の各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄にイオン電流計を取り付け、これによって検出してもよい。

内燃機関１に供給される燃料Ｆは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によってポート噴射弁６に供給される。そして、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通る空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７₁〜７₄を通って各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄へ導入される。

この実施例においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ燃料Ｆを供給するが、ポート噴射弁を気筒数分用意して、各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄のインテークマニホールド７₁〜７₄へ燃料Ｆを噴射してもよい。また、ポート噴射弁の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁とを備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ燃料を供給してもよい。

内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル４７ｐと連動する。この実施例において、アクセル４７ｐの開度はアクセル開度センサ４７で検出されて、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。アクセル開度センサ４７からのアクセル開度情報を元に、機関ＥＣＵ５０はスロットル弁４の開度を調整する。

アクセル開度が大きくなると、スロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル開度が小さくなると、スロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気は、吸気通路３であってスロットル弁４の上流に設けられるエアフローセンサ４２で流量が計測されて、その計測値は機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料供給量Ｑｆを決定する。

内燃機関１の各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、排気通路９を通って改質器２０の排気通路２２へ導入され、排ガスＥｘを改質するための熱を与える。改質器２０から排出された排ガスＥｘは、浄化触媒１６で浄化された後、大気中へ放出される。なお、浄化触媒１６は、改質器２０と内燃機関１との間に配置してもよい。排気通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４５が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、機関ＥＣＵ５０で決定される燃料供給量を補正する。

排気通路９からは改質用導管１１が分岐しており、改質用導管１１は、改質器２０の改質室２１と接続されている。改質用導管１１には改質用燃料噴射弁２４が取り付けられており、この改質用燃料噴射弁２４が、改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘへ改質用燃料Ｆｒを噴射する。これによって、改質器２０の改質室２１が備える改質触媒に、改質用燃料を供給する。改質用燃料噴射弁２４には、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１から燃料が供給される。

改質器２０は、改質室２１と排気通路２２とで構成される。改質室２１の内壁面には改質触媒が担持されており、排気通路２２を流れる排ガスＥｘの熱により改質触媒が加熱されて、活性温度Θａ以上に保持される。改質器２０は、複数の改質室２１を備え、各改質室２１はそれぞれ連通している。排ガスＥｘと改質用燃料Ｆｒとの混合気（改質用混合気）Ｇｍｒは、改質室２１を通過する間に改質される。ここで、改質触媒には、例えばロジウム系の触媒が用いられる。

改質器２０には、改質触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ４４が取り付けられる。改質触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は高くなる。このため、改質触媒温度が活性温度Θａ以上になってから、排ガスＥｘの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ４４により改質触媒の温度を監視する。なお、ロジウム系の改質触媒を用いる場合、活性温度Θａは６００℃程度である。

改質室２１の出口２１ｏには、改質室２１と、吸気通路３とを接続する、ガス還流通路１０が取り付けられている。ガス還流通路１０は、排ガスＥｘ又は改質ガスＥｘｒを、内燃機関１の吸気側、すなわち吸気通路３へ還流させる機能を持つ。ガス還流通路１０には、冷却器１２が設けられており、改質室２１で改質された排ガス（改質ガスＥｘｒ）を冷却する。また、冷却器１２とガス還流通路１０の出口１０ｏとの間には、還流流量調整手段である還流流量調整弁５が設けられており、機関ＥＣＵ５０からの指令により、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量を調整する。

排気通路９から改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘは、改質用燃料噴射弁２４から改質用燃料Ｆｒが噴射される。改質用燃料Ｆｒは、内燃機関１の各気筒１ｓ₁〜１ｓ₄へ供給される燃料Ｆの一部であり、内燃機関１の運転条件に応じて改質用燃料Ｆｒの供給量Ｑｆｒが決定される。改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒは、改質用導管１１から改質室２１へ導入され、改質室２１の内壁面に担持された改質触媒により、式（１）に示す改質反応により改質されて改質ガスＥｘｒとなる。
１．５６（７．６ＣＯ₂＋６．８Ｈ₂Ｏ＋４０．８Ｎ₂）＋３Ｃ_7.6Ｈ_13.6＋４１２２ｋＪ→３１Ｈ₂＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ₂・・・（１）

ここで、左辺第１項が排ガスＥｘ、左辺第２項が燃料（炭化水素ＨＣであり、この実施例ではガソリン）、右辺が改質ガスＥｘｒを示す。右辺の改質ガスＥｘｒに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して２４ｖｏｌ％である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスＥｘの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスＥｘが改質されるため、内燃機関１に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスＥｘの熱を吸収した分だけ内燃機関１での燃焼における発熱量が増加する。

また、水素（Ｈ₂）の発熱量は２４１．７ｋＪ／ｍｏｌであり、ガソリン（ＣＨ_1.869）の発熱量は５９６．５ｋＪ／ｍｏｌである。しかし、式（１）の改質反応により、３モルのガソリン（燃料）から３１モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式（１）の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスＥｘｒの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関１の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。

改質室２１で生成された改質ガスＥｘｒは、ガス還流通路１０を通って、吸気通路３へ導入される。改質ガスＥｘｒは、７００℃前後の高温になるため、ガス還流通路１０の途中に設けられた冷却器１２で冷却されてから吸気通路３へ導入される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量（還流流量）は、還流流量調整弁５で制御される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量は、内燃機関１の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関１に導入できるように決定される。この場合、改質ガスＥｘｒに含まれる水素、一酸化炭素（ＣＯ）の量を考慮し、ポート噴射弁６の燃料供給量を補正して空燃比Ａ／Ｆを最適化する。

改質ガスＥｘｒに含まれる水素（Ｈ₂）は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが１／１０程度であり、最大燃焼速度が１０倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＥｘｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。内燃機関１の運転においては、排ガスＥｘを吸気側に還流させる、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実行することがある。

内燃機関１が軽負荷で運転されているときにＥＧＲを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスＥｘの環流量（ＥＧＲ量）が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関１の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。この実施例に係る内燃機関１は、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。

また、内燃機関１が高負荷（例えばＷＯＴ（Wide Open Throttle）領域での運転や負荷率で８０％程度を超える領域での運転）においてＥＧＲを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ（λ＝１）で運転できる領域が拡大する。しかし、ＥＧＲにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。この実施例に係る内燃機関１は、排ガスＥｘだけではなく、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒ中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関１の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。

次に、図２を用いて、この実施例に係る内燃機関１を、ハイブリッド車両に搭載した例を説明する。この実施例に係る内燃機関１は、ハイブリッド車両１１０に搭載されて、ハイブリッド駆動装置１００を構成する。ハイブリッド駆動装置１００は、ハイブリッド車両１１０に搭載されてこれを走行させる。ハイブリッド車両１１０は、前輪１９Ｆ及び後輪１９Ｒを備えるとともに、ハイブリッド駆動装置１００が前輪１９Ｆを駆動する。

この実施例に係るハイブリッド駆動装置１００は、内燃機関１と、第１電動機／発電機（以下ＭＧ１）と、第２電動機／発電機（以下ＭＧ２）と、動力分割装置１５と、減速装置１８とを含んで構成される。ここで、ＭＧ１は、主として発電及び前記内燃機関の始動に用いられ、かつ前記内燃機関の機関回転数を一定に保つ機能を有する。また、ＭＧ２は、主としてハイブリッド駆動装置１００の駆動と発電とに用いられる。

動力分割装置１５は、内燃機関１とＭＧ２との間に配置される。そして、内燃機関１のクランク軸２を介して入力される内燃機関１の出力を、ＭＧ１とＭＧ２とに分割して供給する。動力分割装置１５から取り出される内燃機関１又はＭＧ２の出力は、内部にデファレンシャルギヤを備える減速装置１８に入力され、ここで減速されて駆動軸１８Ｄｓを介して前輪１９Ｆを駆動する。

図３は、この実施例に係るハイブリッド駆動装置が備える動力分割装置の一例を示す説明図である。図３に示すように、動力分割装置１５は遊星歯車装置で構成されている。この実施例に係るハイブリッド駆動装置１００では、動力分割装置１５のサンギヤ１５ｓがＭＧ１に接続され、リングギヤ１５ｒがＭＧ２に接続され、キャリア１５ｃが内燃機関１に接続されている。図３に示す状態は、リングギヤ１５ｒが静止するとともに、サンギヤ１５ｓによってキャリア１５ｃが駆動される状態を示す。すなわち、ＭＧ１によって内燃機関１が駆動されている状態であり、ハイブリッド車両１１０が停止しているときに内燃機関１を始動する状態である。

ハイブリッド駆動装置１００は、ハイブリッドＥＣＵ（Engine Control Unit）５１によって制御される。また、ハイブリッド駆動装置１００が備える内燃機関１は、機関ＥＣＵ５０によって制御される。なお、機関ＥＣＵ５０をハイブリッドＥＣＵ５１と一体に構成してもよい。また、この実施例において、アクセル４７ｐ（図１）によりハイブリッド駆動装置１００の出力が制御される。アクセル４７ｐの開度は、アクセル開度センサ４７（図１）により検出されて、機関ＥＣＵ５０へ取り込まれ、同時に機関ＥＣＵ５０を介してハイブリッドＥＣＵ５１へ取り込まれる。そして、アクセル開度センサ４７からの信号によって内燃機関１やＭＧ２の出力が制御される。

ＭＧ２は、主としてハイブリッド駆動装置１００の駆動と電力の回生とに用いられるものである。ＭＧ２は、インバータ１７に接続されており、また、インバータ１７には、バッテリー１４が接続されている。そして、必要に応じてインバータ１７を介してＭＧ２へ電力を供給される。ＭＧ２は、ハイブリッドＥＣＵ５１からの指令によってインバータ１７を制御することで制御される。ＭＧ２がハイブリッド駆動装置１００の駆動に用いられるときには、バッテリー１４や、ＭＧ１によって生み出された電力等がインバータ１７を介して供給される。また、ＭＧ２は、例えば前記ハイブリッド車両１１０の減速時には発電機として機能して回生発電を行い、これによって回収したエネルギーをバッテリー１４に蓄える。これは、ブレーキ信号やアクセルオフ等の信号に基づいて、ハイブリッドＥＣＵ５１がインバータ１７を制御することにより実現される。

ＭＧ１は、主として発電及び内燃機関１の始動に用いられる。ＭＧ１が発電する場合、動力分割装置１５を介して内燃機関１により駆動される。これにより、ＭＧ１は電力を発生する。ＭＧ１で生み出される電力は、バッテリー１４に蓄えられたり、ＭＧ２の駆動に用いられたりする。また、内燃機関１の運転中において、ＭＧ１はサーボモータとして機能して、内燃機関１の機関回転数ＮＥを一定に保つ。このような構成により、内燃機関１から減速装置１８へ伝達される動力の大きさを、ＭＧ１に対する電力のやり取りによって調整することができる。なお、この実施例では、ＭＧ１は内燃機関１の機関回転数を一定に保つ機能を有する電動機／発電機を備えていればよく、内燃機関１に直結されていてもよいし、この実施例のように動力分割装置１５を介して内燃機関１に接続されていてもよい。また、内燃機関１とＭＧ２とが動力分割装置１５を介して接続されず、ＭＧ１を内燃機関１により駆動して得られた電力により駆動される、いわゆるシリーズ形式のハイブリッド駆動装置であってもよい。

次に、この実施例に係る内燃機関１の出力を伝達する動力伝達手段の一例について説明する。図４は、この実施例に係る内燃機関１の出力を伝達する動力伝達手段の一例を示す説明図である。図４は、この実施例に係る内燃機関１の出力を、いわゆるＣＶＴ（Continuous Variable Transmission：無段階変速機）１０１を動力伝達手段として用いて駆動輪である前輪１９Ｆに伝達する例を示している。

ＣＶＴ１０１は、内燃機関１の機関回転数ＮＥを可変して駆動軸１８Ｄｓに伝える変速部１０１Ｔと、駆動輪である前輪１９Ｆ同士の差動を作り出すデファレンシャルギヤ部１０１Ｄとを含む。変速部１０１Ｔは、内燃機関１のクランク軸２が接続される入力プーリー６０と、駆動軸１８Ｄｓが接続される出力プーリー６１と、両プーリーにかけられて入力プーリー６０の回転力を出力プーリー６１へ伝達するベルト６２とを含んで構成される。

入力プーリー６０は、円錐台状の２枚の入力円盤６０₁、６０₂の小径部同士が対向しており、両者の間隔は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０によって制御される入力側変速用アクチュエータ６３ｉによって変化させられる。同様に、出力プーリー６１は、円錐台状の２枚の出力円盤６１₁、６１₂の小径部同士が対向して構成されており、両者の間隔は、前記内燃機関の運転制御装置３０機関ＥＣＵ５０によって制御される出力側変速用アクチュエータ６３ｏによって変化させられる。

図５−１、図５−２は、ＣＶＴの変速方法を示す説明図である。図５−１に示す状態は、内燃機関１の減速比が大きい状態である。この場合、入力プーリー６０が備える入力円盤６０₁、６０₂の間隔が大きくなって、入力プーリー６０にベルト６２がかかる位置までの入力側ベルト駆動半径が小さく（ｒｉ₁）なっている。また、出力プーリー６１が備える出力円盤６１₁、６１₂の間隔が小さくなって、出力プーリー６１にベルト６２がかかる位置までの出力側ベルト駆動半径が小さく（ｒｏ₁）なっている。

内燃機関１の減速比を小さくするためには、入力側及び出力側変速用アクチュエータ６３ｉ、６３ｏを作動させる。そして、入力円盤６０₁、６０₂の間隔を小さくし、出力円盤６１₁、６１₂の間隔を大きくする。これによって、入力側ベルト駆動半径が大きく（ｒｉ₂）なり、出力側ベルト駆動半径は小さく（ｒｏ₂）なる。これによって、内燃機関１の減速比を小さくすることができる。入力円盤６０₁、６０₂及び出力円盤６１₁、６１₂の間隔を連続して変化させることにより、内燃機関１の減速比を無段階に変化させることができる。なお、このＣＶＴは一例であり、他の形式（例えば、いわゆるトロイダルＣＶＴ）のＣＶＴであってもよい。

次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図６は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関の運転制御は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０によって実現できる。図２に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力及び出力ポート５５、５６と、入力及び出力インターフェース５７、５８とから構成される。

なお、機関ＥＣＵ５０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ５０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

内燃機関の運転制御装置３０は、燃焼状態判定部３１と、原因特定部３２と、改質制御部３３とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。この実施例において、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ５０ｐには、内燃機関１の運転を制御したり、内燃機関１へ供給する燃料の量を制御したり、改質のための燃料の量を制御する制御部５３が含まれている。

ＣＰＵ５０ｐと、記憶部５０ｍとは、バス５４₁〜５４₃を介して、入力ポート５５及び出力ポート５６を介して接続される。これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成する燃焼状態判定部３１と原因特定部３２と、改質制御部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０が有する内燃機関１の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥその他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置３０の制御を機関ＥＣＵ５０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、エアフローセンサ４２、回転数センサ４３、改質触媒床温度センサ４４、Ａ／Ｆセンサ４５、冷却水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、燃焼圧力センサ４８その他の、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。なお、ハイブリッドＥＣＵ５１も入力インターフェース５７に接続されているが、ハイブリッドＥＣＵ５１が取得した、運転制御に必要な情報をＣＰＵ５０ｐが取得する。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、スロットル弁４、ポート噴射弁６その他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転を制御することができる。なお、ハイブリッドＥＣＵ５１も出力インターフェース５７に接続されているが、ハイブリッドＥＣＵ５１を介して、ＣＰＵ５０ｐがＭＧ１やＭＧ２等を制御する。

記憶部５０ｍには、この実施例に係る燃料供給制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関１の運転制御に用いる燃料供給量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る燃料供給制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、燃焼状態判定部３１、原因特定部３２、及び改質制御部３３の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る燃料供給制御及び内燃機関の運転制御装置等の動作について説明する。この説明においては、適宜図１〜図６を参照されたい。

図７は、この実施例に係る内燃機関の運転制御を説明するフローチャートである。この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０が備える燃焼状態判定部３１は、改質実行中において、内燃機関１に発生する燃焼変動が第１の許容値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。改質中に許容値以上の燃焼変動が発生するということは、改質が不十分である結果、改質ガスＥｘｒに含まれる水素の濃度が低下しているからであると判断できる。したがって、改質中に許容値以上の燃焼変動が発生している場合には、その原因を特定してそれを取り除き、所期の改質性能を発揮させる必要がある。

燃焼変動は、例えば燃焼状態検出手段である燃焼圧力センサ４８による燃焼室内の圧力変化から判定することができる。また、回転数センサ４３によってクランク軸２の回転変動を検出し、許容値以上の回転変動が発生している場合には、許容値以上の燃焼変動が発生していると判定してもよい。また、内燃機関１がハイブリッド駆動装置１００を構成する場合には、ＭＧ１により内燃機関１の回転変動やトルク変動を検出し、これに基づいて許容値以上の燃焼変動が発生しているか否かを判定してもよい。なお、内燃機関１が複数の燃焼室を備える場合において各燃焼室に燃焼状態検出手段を備えた場合、少なくとも一つの燃焼室で許容値以上の燃焼変動が発生した場合に、内燃機関１として許容値以上の燃焼変動が発生していると判定してもよい。

内燃機関１の燃焼変動が第１の許容値よりも小さい場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、この実施例に係る内燃機関の運転制御を終了する。改質中において、内燃機関１の燃焼変動が第１の許容値以上である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、改質が不十分であると判定できる。この原因は、改質器２０の改質触媒に供給される改質用燃料の性状に起因するか、あるいは改質触媒自体の改質性能が低下していることに起因するかいずれかであると判断できる（ステップＳ１０２）。次に、燃焼変動の原因が前記いずれかであるかを特定する。

このため、原因特定部３２は、所定の時間ｔ１だけ、内燃機関１を要求動作点よりも高負荷又は高回転のうち少なくとも一方の動作点で運転する。これによって、内燃機関１から排出され、改質器２０へ供給される排ガスＥｘの温度を上昇させ（ステップＳ１０３）、これによって改質触媒の温度を上昇させる。原因特定部３２は、スロットル弁４の開度を大きくするとともに、必要に応じて内燃機関１への燃料供給量を調整する。

なお、排ガスＥｘの温度を上昇させるため、内燃機関１を高負荷又は高回転のうち少なくとも一方で運転すると、内燃機関１が搭載される車両の速度が変動することになる。このため、内燃機関１の運転条件の変化分を吸収する必要があるが、これは後述する触媒回復制御や燃料性状対応制御と共通する部分があるので、ここでの説明は省略する。

前記所定の時間ｔ１が経過した後、燃焼状態判定部３１は、改質中において、昇温後における内燃機関１の燃焼変動が第２の許容値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、改質触媒の温度を上昇させた後において検出される燃焼変動を、昇温後燃焼変動という。改質が不十分であることに起因して燃焼変動が発生した場合において、その原因が改質用燃料の性状にある場合には、排ガスＥｘの温度が短時間でも上昇すると、それにともなって改質反応が進行する。

一方、改質触媒へのＳ（硫黄）被毒やコーキング等により改質触媒自体の性能が低下していることが、改質が不十分であることに起因する燃焼変動の原因である場合には、排ガスＥｘの温度が短時間上昇しただけでは、所期の性能に復帰することはない。したがって、排ガスＥｘの温度を所定の時間ｔ１だけ上昇させた後における、改質中の内燃機関１で発生した昇温後燃焼変動によって、内燃機関１に発生した燃焼変動の原因を判定して、改質が不十分である原因を特定できる。

すなわち、内燃機関１を高負荷あるいは高回転で所定の時間ｔ１だけ運転することにより改質反応が進行し、内燃機関１の昇温後燃焼変動が第２の許容値よりも小さくなれば、燃焼変動の原因は、改質用燃料の性状にあると判定できる。一方、これによって改質反応が進行せず、内燃機関１の昇温後燃焼変動が第２の許容値以上であれば、燃焼変動の原因は、改質触媒自体の性能が低下していることにあると判定できる。ここで、前記所定の時間ｔ１は、改質用燃料の性状と触媒自体の性能低下との違いを判定できる程度の時間（例えば数十秒程度）に設定する。

また、排ガスＥｘの温度によって、改質用燃料の性状と触媒自体の性能低下との違いを判定してもよい。燃焼変動の原因が改質用燃料の性状にある場合には、改質触媒の温度がその燃料に適した温度（例えばθ１）まで上昇すれば、改質反応は進行する。しかし、前記原因が改質触媒へのＳ（硫黄）被毒等により改質触媒自体の性能が低下していることにある場合、改質触媒を所期の性能に復帰させるためには、改質触媒の温度を、前記原因が改質用燃料の性状にある場合よりも高い温度（例えばθ２）にする必要がある。したがって、この温度差を利用して、燃焼変動の原因を特定できる。

すなわち、内燃機関１を高負荷あるいは高回転で運転することにより、排ガスＥｘの温度を、改質が不十分となっている場合に用いられている改質用燃料の性状に合わせた温度（前記θ１）まで上昇させる。これによって改質触媒の温度も改質用燃料の性状に合わせた温度に昇温する。その結果、改質反応が進行し、内燃機関１の燃焼変動が第２の許容値よりも小さくなれば、燃焼変動の原因は、改質用燃料の性状にあると判定できる。一方、これによって改質反応が進行せず、内燃機関１の燃焼変動が第２の許容値以上であれば、燃焼変動の原因は、改質触媒自体の性能が低下していることにあると判定できる。

改質実行中において、内燃機関１の燃焼変動が第２の許容値以上である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、燃焼変動の原因は、改質触媒自体の性能が低下していることにあると判定できる（ステップＳ１０５）。この場合には、改質制御部３３は、改質触媒の性能を所期の状態まで回復させるため、触媒回復制御を実行する（ステップＳ１０６）。一方、改質実行中において、内燃機関１の燃焼変動が第２の許容値よりも小さい場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、燃焼変動の原因は、改質用燃料の性状にあると判定できる（ステップＳ１０７）。この場合には、改質制御部３３は、使用する改質用燃料の性状に合わせて改質させるように、燃料性状対応制御を実行する（ステップＳ１０８）。

ここで、前記第１の許容値と前記第２の許容値とは同じ値を用いてもよいが、第１の許容値＞第２の許容値とすることが好ましい。この実施例においては、第１の許容値を用いることによって、燃焼変動の原因をおおまかに選別し、さらに第２の許容値を用いることによって前記燃焼変動の原因を特定する。このため、第２の許容値をより厳密にした方が、より確実に燃焼変動の原因を特定できる。次に、触媒回復制御及び燃料性状対応制御について説明する。なお、触媒回復制御及び燃料性状対応制御においては、改質触媒の温度を上昇させるが、この方法は、燃焼変動の原因を特定する際に改質触媒の温度を上昇させる場合も同様である。

（触媒回復制御１）
まず、触媒回復制御について説明する。改質触媒の改質性能が低下する原因は、改質用燃料中のＳ（硫黄）分が改質触媒に蓄積するか（Ｓ被毒）、炭化物が改質触媒に蓄積するか（コーキング）のいずれかである。いずれの場合も、改質触媒の温度を上昇（８００℃〜９００℃以上）させて、ある程度の時間保持する必要がある。改質触媒の温度を上昇させるため、この実施例では、内燃機関１の排出する排ガスＥｘの温度を上昇させて、改質器２０へ供給する。

排ガスＥｘの温度を上昇させるため、この実施例では、内燃機関１の運転条件を、要求されている動作点よりも高回転又は高負荷のうち少なくとも一方に移行させて、内燃機関１を運転する。図８は、内燃機関のトルクと機関回転数との関係を示す説明図である。図８の実線は、内燃機関の等馬力線を示している。例えば、内燃機関１の要求動作点が図８のＡ点（ＮＥ₁、Ｔｑ₁）である場合、排ガスＥｘの温度を上昇させるため、内燃機関１の動作点をＢ点（ＮＥ₂、Ｔｑ₂'）とする。

機関回転数がＮＥ₂のとき、Ａ点と等馬力であるのはトルクがＴｑ₂のときであるが、Ｂ点で内燃機関１を運転するということは、要求動作点であるＡ点よりもΔＴｑ分出力が増加する状態で内燃機関１が運転されることになる。すなわち、内燃機関１が要求動作点よりも高回転かつ高負荷で運転されるので、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの温度を上昇させる。内燃機関１がハイブリッド駆動装置１００（図２）を構成する場合、内燃機関１が要求動作点よりも高負荷で運転されることによる出力増加分は、ＭＧ１で発電してバッテリー１４へ蓄電させることにより吸収する。

また、内燃機関１の出力を一定として、機関回転数ＮＥを高回転としても、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの温度を上昇させることができる。例えば、内燃機関１の要求動作点が図８のＡ点（ＮＥ₁、Ｔｑ₁）である場合、排ガスＥｘの温度を上昇させるためには、内燃機関１の動作点をＣ点（ＮＥ₃、Ｔｑ₃）としてもよい。内燃機関１がハイブリッド駆動装置１００（図２）を構成する場合、内燃機関１の機関回転数増加分は、ＭＧ１のトルク反力を変更することで、車速を一定に保ったまま吸収する。

また、内燃機関１の出力がＣＶＴ１０１や多段のＡＴのような変速装置を介して駆動輪へ伝達される場合、減速比を大きくすればよい。この場合、変速装置がＣＶＴ１０１であれば、減速比を無段階に設定できるので、容易に車速を一定に保つことができる。また、変速機がいわゆるマニュアル式である場合には、運転者が減速比の大きい変速段を選択したときに触媒回復制御を実行することができる。また、触媒回復制御を実行する場合には、減速比の大きい変速段の選択を促してもよい。

次に、この実施例に係る内燃機関１を備えるハイブリッド駆動装置における触媒回復制御の手順を説明する。図９は、この実施例に係る内燃機関を備えるハイブリッド駆動装置での触媒回復制御手順を示すフローチャートである。図１０−１、図１０−２は、ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。図１０−１〜図１０−２中の塗りつぶした矢印は駆動を意味し、ハッチングの矢印は駆動されることを意味する。

この触媒回復制御を実行するにあたり、改質制御部３３は、ハイブリッドＥＣＵ５１からバッテリー１４の充電状態ＳＯＣ（Status Of Charge）を取得し、バッテリー容量限界値ＳＯＣ＿Ｂ１と比較する（ステップＳ２０１）。ここで、バッテリー容量限界値ＳＯＣ＿Ｂ１以下になると、バッテリー１４への充電が必要となる。

ＳＯＣ≦ＳＯＣ＿Ｂ１である場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、改質制御部３３は、内燃機関１の動作点を要求動作点よりも高回転高負荷の動作点へ移動させる。これによって、内燃機関１から排出される排ガスＥｘの温度を上昇させて改質器２０へ供給する。そして改質触媒の温度を上昇させて、改質触媒の改質性能を回復させる。ここで、要求動作点は図８のＡ点（ＮＥ₁、Ｔｑ₁）であり、高回転高負荷の動作点は図８のＢ点（ＮＥ₂、Ｔｑ₂'）である。

そして、そのときの出力増加分は、ハイブリッド駆動装置１００のＭＧ１に発電させ（ステップＳ２０２）、その電力をバッテリー１４へ充電して蓄える。図１０−１に示すように、この実施例に係るハイブリッド駆動装置１００では、ＭＧ２の回転数Ｎｍ２が駆動軸１８Ｄｓ（図２）の回転数に相当する。内燃機関１の機関回転数はＮＥ₁からＮＥ₂へ上昇し、かつトルクはＴｑ₁からＴｑ₂'に低下する。このとき、ＭＧ１の回転数はＮｍ１₁からＮｍ１₂へ増加し、また、ＭＧ１のトルク反力は、Ｔｑ＿ｍ₁からＴｑ＿Ｍ₂へと増加する。これにより、内燃機関１の機関回転数及び出力が増加しても、ＭＧ２の回転数Ｎｍ２は一定に保たれる。すなわち、駆動軸１８Ｄｓの回転数が一定に保たれる。このときＭＧ１が発電し、その電力がバッテリー１４へ蓄えられる。これによって、車速を一定に保ちつつ、内燃機関１の動作点を高回転高負荷へ移行させたときの出力増加分を吸収することができる。このように、ハイブリッド駆動装置１００においては、前記出力増加分を吸収できるので、制御の自由度が向上する。

ＳＯＣ＞ＳＯＣ＿Ｂ１である場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、バッテリー１４へ充電することはできない。このとき、改質制御部３３は、内燃機関１の動作点を要求動作点よりも高回転の動作点へ移動させる。すなわち、内燃機関１の機関回転数ＮＥを上昇させる（ステップＳ２０３）。これによって、内燃機関１から排出される排ガスＥｘの温度を上昇させて改質器２０へ供給する。そして、改質触媒の温度を上昇させて改質触媒の改質性能を回復させる。ここで、要求動作点は図８のＡ点（ＮＥ₁、Ｔｑ₁）であり、高回転の動作点は図８のＣ点（ＮＥ₃、Ｔｑ₃）である。

このとき、図１０−２に示すように、内燃機関１の機関回転数はＮＥ₁からＮＥ₃へ上昇し、トルクはＴｑ₁からＴｑ₃へ低下する。このとき、ＭＧ１の回転数はＮｍ１₁からＮｍ１₃へ増加し、また、ＭＧ１のトルク反力は、Ｔｑ＿ｍ₁からＴｑ＿Ｍ₃へと変化する。これにより、内燃機関１の機関回転数が増加しても、ＭＧ２の回転数Ｎｍ２が一定に保たれる。すなわち、駆動軸１８Ｄｓの回転数が一定に保たれる。このとき、内燃機関１がＭＧ１を駆動することによって発生した電力がインバータ１７を介してＭＧ２へ供給されて、ＭＧ２を駆動する。これによって、車速を一定に保ちつつ、内燃機関１の動作点を高回転へ移行させたときの機関回転数増加分を吸収する。このように、ハイブリッド駆動装置１００においては、前記機関回転数ＮＥの増加分を吸収できるので、制御の自由度が向上する。なお、上記ＣＶＴ１０１を用いた場合でも、ハイブリッド駆動装置１００と同様に、内燃機関１の動作点を高回転へ移行させたときの機関回転数増加分を吸収できる。

（触媒回復制御２）
次に、この実施例に係る内燃機関１を備えるハイブリッド駆動装置における触媒回復制御の他の例について説明する。この触媒回復制御は、改質触媒へ空気を送り込むとともに燃料を噴射し、改質触媒で発熱反応を起こさせることにより、改質触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒やコーキングから回復させる。すでに説明したように、Ｓ被毒やコーキングから改質触媒の性能を所期の性能に回復させるためには、改質触媒の温度を高温に保持することが有効である。このため、改質触媒の温度が所定値よりも高い場合には、改質触媒に一定量の空気を供給するとともに改質用燃料を供給する。これによって、改質触媒上で発熱反応を起こさせて、改質触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒やコーキングから触媒の性能を回復させる。なお、この反応は、燃焼とは異なるためＮＯｘは発生せず、エミッションにはほとんど影響はない。次に、この触媒回復制御の具体的な処理手順について説明する。

図１１は、この実施例に係る内燃機関を備えるハイブリッド駆動装置における他の触媒回復制御手順を示すフローチャートである。図１２−１、図１２−２は、ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。この触媒回復制御を実行するにあたり、改質制御部３３は、改質触媒床温度センサ４４から改質触媒温度を取得し、これと規定温度とを比較する（ステップＳ３０１）。改質触媒温度がある程度高くないと、改質触媒へ空気と燃料とを供給しても、発熱反応は起こらないからである。

改質触媒温度≦規定温度である場合（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、この触媒回復制御を終了する。改質触媒温度＞規定温度である場合（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、改質制御部３３は、ハイブリッドＥＣＵ５１からバッテリー１４の充電状態ＳＯＣ（Status Of Charge）を取得し、バッテリー容量限界値ＳＯＣ＿Ｂ２と比較する（ステップＳ３０２）。ここで、バッテリー容量限界値ＳＯＣ＿Ｂ２以下になると、バッテリー１４への充電が必要となるので、ＭＧ１によって内燃機関を駆動することはできなくなる

ＳＯＣ≦ＳＯＣ＿Ｂ２である場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、バッテリー１４への充電が必要となるので、この触媒回復制御を終了し、バッテリー１４のＳＯＣがＳＯＣ＿Ｂ２を超えるまで待機する。ＳＯＣ＞ＳＯＣ＿Ｂ２である場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、改質制御部３３は、内燃機関１への燃料供給を停止するとともに、ＭＧ１によって内燃機関１を回転させる（ステップＳ３０３）。これにより、内燃機関１をポンプとして機能させて、改質器２０へ空気を送り込むことができる。このように、ハイブリッド駆動装置１００を用いる場合には、走行中であっても内燃機関１から改質器２０へ空気を送り込むことができるので、Ｓ被毒等から迅速に改質触媒を回復させることができる。

図１２−１は、内燃機関１とＭＧ２とでハイブリッド駆動装置１００が駆動されている状態を示している。この状態において、ＭＧ１は内燃機関１によって駆動される。例えば、この状態から内燃機関１をＭＧ１によって駆動する場合には、ＭＧ１の反力を反転させることにより、内燃機関１を駆動する。この状態で、内燃機関１への燃料供給を停止すれば、内燃機関１をポンプとして機能させることができる。

次に、改質制御部３３は、改質用燃料噴射弁２４から改質器２０の改質室２１のみへ、改質用燃料を供給する（ステップＳ３０４）。これによって、改質室２１の改質触媒上で発熱反応を起こさせて、改質触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒やコーキングから改質触媒の性能を回復させる。一定期間前記発熱反応を継続したら、改質制御部３３は、改質触媒が回復したか否かを判定する（ステップＳ３０５）。例えば、改質器２０で改質させて内燃機関１を運転し、燃焼変動が許容値（例えば上記第２の許容値）よりも小さくなっていれば、改質触媒が初期の性能まで回復したと判定する。改質触媒が回復したと改質制御部３３が判定した場合（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、この触媒回復制御を終了する。改質触媒が回復していないと改質制御部３３が判定した場合（ステップＳ３０５；Ｎｏ）、上記ステップＳ３０２〜ステップＳ３０５を繰り返す。

（触媒回復制御３）
次に、改質触媒上で発熱反応を起こさせる触媒回復制御の他の例について説明する。図１３は、改質触媒上で発熱反応を起こさせる他の触媒回復制御例の処理手順を示すフローチャートである。この触媒回復制御は、ハイブリッド駆動装置を用いない場合において、改質触媒上で発熱反応を起こさせる場合の制御である。この触媒回復制御を実行するにあたり、改質制御部３３は、改質触媒床温度センサ４４から改質触媒温度を取得し、これと規定温度とを比較する（ステップＳ４０１）。

改質触媒温度≦規定温度である場合（ステップＳ４０１；Ｎｏ）、この触媒回復制御を終了する。改質触媒温度＞規定温度である場合（ステップＳ４０１；Ｙｅｓ）、改質制御部３３は、内燃機関１への燃料供給停止条件であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。内燃機関１への燃料供給停止条件とは、例えば、減速時や下り坂道走行時等においていわゆるエンジンブレーキの効果を発揮させる際に、燃料消費を抑制する観点から内燃機関１への燃料供給を停止するような場合である。

内燃機関１への燃料供給停止条件でない場合（ステップＳ４０２；Ｎｏ）、内燃機関１へはまだ燃料が供給されるので、この触媒回復制御を終了し、内燃機関１への燃料供給停止条件となるまで待機する。なお、内燃機関１への燃料供給停止条件でない場合であっても、Ｓ被毒等から改質触媒を回復させるため、強制的に内燃機関１への燃料供給を停止してもよい。

内燃機関１への燃料供給停止条件である場合（ステップＳ４０２；Ｙｅｓ）、改質制御部３３は、内燃機関１への燃料供給を停止し（ステップＳ４０３）、駆動輪からの入力によって内燃機関１を回転させる。これにより、内燃機関１をポンプとして機能させて、改質器２０へ空気を送り込むことができる。

次に、改質制御部３３は、改質用燃料噴射弁２４から改質器２０の改質室２１が備える改質触媒のみへ、改質用燃料を供給する（ステップＳ４０４）。これによって、改質室２１の改質触媒上で発熱反応を起こさせて、改質触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒やコーキングから改質触媒の性能を回復させる。一定期間前記発熱反応を継続したら、改質制御部３３は、改質触媒が回復したか否かを判定する（ステップＳ４０５）。改質触媒が回復したと改質制御部３３が判定した場合（ステップＳ４０５；Ｙｅｓ）、この触媒回復制御を終了する。改質触媒が回復していないと改質制御部３３が判定した場合（ステップＳ４０５；Ｎｏ）、上記ステップＳ４０２〜ステップＳ４０５を繰り返す。

（燃料性状対応制御）
次に、この実施例に係る燃料性状対応制御について説明する。改質器２０の改質触媒へ供給する改質用燃料はＨＣを主成分とするものであり、この実施例ではポート噴射弁６から内燃機関１へ供給される燃料の一部である。改質用燃料として、この実施例ではガソリンを用いるが、一般にガソリンは、通常のオクタン価（オクタン値が９０前後）のいわゆるレギュラー燃料と、これよりもオクタン価が高い（オクタン値が１００前後）、いわゆるハイオクタン（以下ハイオク）燃料とが存在する。

ハイオク燃料の場合、オクタン価を高めるためにレギュラー燃料よりも多くのアロマ成分を含む。このように、アロマ成分の割合が増加すると、改質反応を進行させるためにはレギュラー燃料よりも高い改質触媒温度や改質触媒量が必要となる。したがって、改質器２０がレギュラー燃料を基準とした改質条件で設定されている場合、改質が想定通りには進行しないことがある。また、揮発性の低い燃料（例えば重質燃料）は霧化が悪いため、このような燃料が内燃機関に供給されると、改質器２０での霧化が悪いことに起因して改質反応の進行が遅れる場合がある。また、気温の高い地域で給油した揮発性の低い燃料のまま気温の低い地域に移動した場合、改質器２０での霧化が悪いことに起因して改質反応の進行が遅れる場合がある。

このように、性状が異なる燃料が改質器２０へ供給されると、改質反応が不十分となる結果、内燃機関１の燃料消費が想定よりも増加するおそれがある。また、改質ガスＥｘｒ中に含まれる水素が少なくなる結果、燃焼改善効果が減少して想定したトルクが得られず、ドライバビリティを悪化させるおそれもある。したがって、改質用燃料の性状に起因して改質が不十分となっている場合には、改質器２０に供給されている改質用燃料の性状に適した条件で改質する必要がある。このため、この実施例では、次のような燃料性状対応制御を実行する。

図１４は、内燃機関の運転条件と改質条件との関係を示した説明図である。図１４の実線は、内燃機関１の機関回転数ＮＥに対するトルクの変化を示している。また、図１４の一点鎖線は、排ガスＥｘの温度θが等しいことを意味しており、改質温度条件となる。上述したとおり、レギュラー燃料を基準として設定した改質器２０にハイオク燃料を供給すると、改質反応が進行しにくくなる。このため、改質時の触媒温度を、レギュラー燃料を基準とした場合よりも高くする。すなわち、改質器２０へ供給する排ガスＥｘの温度を上昇させる。

例えば、図１４中の改質条件Ａがレギュラー燃料の改質温度条件である場合、ハイオク燃料の場合は改質条件Ｂ又はＣとして、その改質触媒の温度が改質条件Ｂ又はＣとなるようにする。例えば、内燃機関１の負荷を上昇させたり、機関回転数ＮＥを高回転としたり、あるいは点火時期を要求点火時期よりも遅角させたりする。これによって、温度を上昇させた排ガスＥｘを改質器２０へ供給し、改質触媒温度を改質条件Ｂ又はＣとなるようにすることができる。

また、ハイオク燃料の場合、改質制御部３３が改質温度条件を変更し、内燃機関１の運転条件が、変更した改質温度条件と合致するようになったときに、改質を開始するようにしてもよい。例えば、レギュラー燃料の場合には、内燃機関１の運転条件（ここではトルクＴｑと機関回転数ＮＥ）が、改質条件Ａを示す線を超えるようになったときに改質を開始する。一方、ハイオク燃料の場合には、内燃機関１の運転条件が、改質条件Ｂ又はＣを示す線を超えるようになったときに改質を開始する。

また、ハイオク燃料である場合、改質用燃料噴射弁２４から改質器２０の改質触媒へ供給する改質用燃料の量を低減させてもよい。レギュラー燃料に対応して設定してある改質器２０へ、レギュラー燃料と同量のハイオク燃料を供給すると、改質反応が進行しにくくなる。このため、改質器２０へ供給するハイオク燃料の量を少なくすることにより、改質反応を進行させやすくする。この場合、改質器２０の改質触媒へ供給する改質用燃料の量は少なくなるが、内燃機関１へ供給する燃料をその分増加させるので、内燃機関１の運転条件から定まる総燃料供給量はレギュラー燃料の場合と同じである。すなわち、内燃機関１の運転条件から定まる総燃料供給量を一定として、改質器２０へ供給する燃料の割合を少なくする。

なお、改質器２０がハイオク燃料に対応して設定してある場合、上記と反対の制御を実行する。例えば、改質器２０へ供給する排ガスＥｘの温度を低くしたり、改質温度条件をより低温側に変化させたり、改質器２０へ供給する燃料の量を増加させたりする。また、上記説明はレギュラー燃料の場合を例にとっているが、重質燃料であっても同様である。

以上、この実施例では、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関において、改質が不十分であることに起因して前記内燃機関に燃焼変動が発生した場合、改質触媒の温度を上昇させる。そして、改質触媒の温度を上昇させた後に発生する昇温後燃焼変動に基づき、前記燃焼変動の原因を特定する。これによって、前記燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することができる。これにより、燃焼変動の原因に対して適切な対応制御をして、所期の改質性能を回復させることができる。その結果、燃焼変動に起因するドライバビリティの悪化を抑制でき、また一度発生した燃焼変動を迅速に抑制することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する内燃機関に有用であり、特に、燃焼変動が、改質触媒に起因するものか、改質触媒へ供給される改質用燃料の性状に起因するものかを判定することに適している。

この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。 この実施例に係る内燃機関をハイブリッド車両に搭載した例を示す説明図である。 この実施例に係るハイブリッド駆動装置が備える動力分割装置の一例を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関１の出力を伝達する動力伝達手段の一例を示す説明図である。 ＣＶＴの変速方法を示す説明図である。 ＣＶＴの変速方法を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の運転制御を説明するフローチャートである。 内燃機関のトルクと機関回転数との関係を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関を備えるハイブリッド駆動装置での触媒回復制御手順を示すフローチャートである。 ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。 ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関を備えるハイブリッド駆動装置における他の触媒回復制御手順を示すフローチャートである。 ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。 ハイブリッド駆動装置を構成する内燃機関、ＭＧ１及びＭＧ２の駆動状態を示す説明図である。 改質触媒上で発熱反応を起こさせる他の触媒回復制御例の処理手順を示すフローチャートである。 内燃機関の運転条件と改質条件との関係を示した説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ スロットル弁
６ ポート噴射弁
９ 排気通路
１０ ガス還流通路
１１ 改質用導管
１４ バッテリー
１５ 動力分割装置
１６ 浄化触媒
１７ インバータ
１８ 減速装置
１８Ｄｓ 駆動軸
２０ 改質器
２１ 改質室
２２ 排気通路
２４ 改質用燃料噴射弁
３０ 内燃機関の運転制御装置
３１ 燃焼状態判定部
３２ 原因特定部
３３ 改質制御部
４４ 改質触媒床温度センサ
４８ 燃焼圧力センサ
５０ 機関ＥＣＵ
５１ ハイブリッドＥＣＵ
６０ 入力プーリー
６１ 出力プーリー
６２ ベルト
１００ ハイブリッド駆動装置
１０１ ＣＶＴ
１１０ ハイブリッド車両

Claims (11)

1. 改質触媒により排ガスと燃料との混合気を改質して、水素を含む改質ガスを生成するとともに、吸気通路を介して前記改質ガスを燃焼室へ還流させる改質手段と、
   前記燃焼室内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、を含み、
   前記燃焼状態検出手段が許容値以上の燃焼変動を検知したときには、前記改質触媒の温度を上昇させることにより、前記燃焼変動が前記改質触媒の性能低下によるものか、前記改質触媒に供給される改質用燃料の性状によるものかを判定することを特徴とする内燃機関。
2. 前記改質触媒の温度を上昇させた後に前記燃焼状態検出手段が検出した昇温後燃焼変動に基づいて、前記燃焼変動が前記改質触媒の性能低下によるものか、前記改質触媒に供給される改質用燃料の性状によるものかを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃焼変動の原因が前記改質触媒自体の性能低下である場合には、前記改質触媒の温度を上昇させる運転を所定時間継続することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記燃焼変動の原因が前記改質触媒自体の性能低下である場合には、前記内燃機関から前記改質触媒へ空気を供給するとともに、前記改質触媒へ改質用燃料を供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記内燃機関は、これに接続される電動機／発電機とともにハイブリッド駆動装置を構成し、前記改質触媒へ空気を供給するときには、前記電動機／発電機によって前記内燃機関を駆動することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記燃焼変動の原因が前記改質用燃料の性状である場合には、前記改質触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
7. 前記燃焼変動の原因が前記改質用燃料の性状である場合には、前記改質触媒に供給する改質用燃料の供給量をそれまでよりも減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
8. 前記内燃機関が排出する排ガスの温度を上昇させ、このときの排ガスを前記改質触媒へ供給することにより、前記改質触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
9. 前記内燃機関が排出する排ガスの温度を上昇させるために、前記内燃機関を、要求動作点よりも高負荷又は高回転のうち少なくとも一方の動作点で運転することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記内燃機関は、これに接続される電動機／発電機とともにハイブリッド駆動装置を構成し、前記内燃機関の動作点の変更に起因する出力又は機関回転数の変動を、前記電動機／発電機によって吸収することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記内燃機関の出力を無段階変速機で伝達する場合には、前記内燃機関の動作点を高回転側に変更するとともに、前記無段階変速機の減速比を動作点の変更前よりも大きくすることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。

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