JP2007231923A

JP2007231923A - 内燃機関

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Publication number: JP2007231923A
Application number: JP2006058407A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Wakao; 和弘若尾; Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP4600316B2

Abstract

【課題】エミッション性能の悪化を抑制しつつ早期に排気浄化装置を活性化させること
【解決手段】燃料改質装置５０で所定の燃料から生成した水素ガスと一酸化ガスが主成分の改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒１１ａ〜１１ｄを備えた内燃機関１において、その各気筒１１ａ〜１１ｄの内の一部の気筒に対しての点火動作を停止させる制御手段（電子制御装置６０）を設けること。そして、そのような点火動作を停止させるときには、各気筒１１ａ〜１１ｄへと吸入される改質ガスと空気の混合気を希薄化させることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素系燃料等の所定の燃料を改質して生成した改質燃料で運転可能な内燃機関に関する。

一般に、内燃機関においては、多くの場合、機関始動時等の機関冷間時に排気浄化装置が活性温度に達していないので、炭化水素系燃料による運転時に排気ガス中のＨＣ成分等の有害成分を排気浄化装置で浄化することができない。

そこで、従来、例えば下記の特許文献１に開示されているが如く、機関始動時に一部の気筒をリッチ燃焼させる一方で他の気筒をリーン燃焼させることによって、そのリッチ燃焼気筒の排気ガス中の未燃炭化水素系燃料とリーン燃焼気筒の排気ガス中の空気とを排気ポート又は排気浄化装置で燃焼させ、これにより排気浄化装置の触媒担体温度を早期に上昇させる技術が知られている。

尚、例えば下記の特許文献２に開示されているが如く、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを機関始動時に燃焼室へと供給し、その改質ガスで運転することによって排気ガス中の有害成分の低減を図る内燃機関が知られている。

また、下記の特許文献３には、排気系のＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを水素ガスで効率良く脱離浄化させるべく、排気通路に水素タンク内の水素ガスを供給してＮＯｘトラップ触媒へと送り込む技術が開示されている。

特開平９−２３６０３３号公報特開２００４−２５１２７３号公報特開２００２−１８０８２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、かかる制御によってリッチ燃焼気筒から大量の未燃ＨＣ成分が排出されてしまい、たとえ排気浄化装置を活性化させるまでの時間が短縮されたとしても、それまでの間はかかる制御が為されないとき以上に大量の有害成分が大気へと放出されてしまい、エミッション性能を大幅に悪化させてしまう。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、エミッション性能の悪化を抑制しつつ早期に排気浄化装置を活性化させる内燃機関を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、その各気筒の内の一部の気筒に対しての点火動作を停止させる制御手段を設けている。

この請求項１記載の内燃機関においては、点火動作が停止させられた気筒から改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路に排出される。これが為、この排気経路においては、その改質ガス（水素ガス及び一酸化炭素ガス）と空気中の酸素が排気ポートや排気マニホルド又は排気浄化装置で燃焼反応を起こす。また、改質ガス中の一酸化炭素ガスは、排気浄化装置で触媒反応を起こす。従って、その排気浄化装置においては、排気ポート等での燃焼反応に伴って温度上昇した排気ガスの流入又は触媒担体での直接の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。

また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関において、生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう燃料改質装置を構成し、点火動作を停止させる気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように燃料改質装置の制御を行うべく制御手段を構成している。

この請求項２記載の内燃機関においては、更に多量の改質ガスを排気経路上に排出させて燃焼反応や触媒反応を起こさせるので、より効率良く且つより早期に排気浄化装置を活性温度まで上昇させることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、その各気筒の内の一部の気筒への改質ガスと空気の混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する制御手段を設けている。

この請求項３記載の内燃機関においては、過濃化された気筒から燃焼しきれなかった改質ガスがそのまま排気経路に排出される。これが為、この排気経路においては、その改質ガス（水素ガス及び一酸化炭素ガス）が燃焼反応や触媒反応を起こす。従って、この請求項３記載の排気浄化装置においても、上述した請求項１の排気浄化装置と同様に触媒担体温度を早期に上昇させることができる。

例えば、請求項４記載の発明の如く、その請求項３記載の内燃機関において、生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう燃料改質装置を構成し、制御手段に、過濃化される気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように燃料改質装置を制御させる。

ここで、その制御手段は、請求項５記載の発明の如く、上記請求項３又は４に記載の内燃機関において、過濃化される気筒以外の他の気筒の混合気を希薄側に制御させるよう構成することが好ましい。

この請求項５記載の内燃機関によれば、他の気筒からの排気ガス中には酸素が存在しているので、この酸素を用いて改質ガスの燃焼反応や触媒反応を促進させることができる。

本発明に係る内燃機関は、排気経路上における排気浄化装置よりも上流に改質ガスを供給することができるので、その改質ガスの燃焼反応や触媒反応を利用して排気浄化装置の触媒担体温度を上昇させることができる。これが為、この内燃機関よれば、その触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させるよりも早く上昇させることができるので、その排気浄化装置を早期に活性化させることができる。また、その際に改質ガスが排気経路に送出されるが、その改質ガス中にはＨＣ成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この本発明に係る内燃機関においては、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の実施例１を図１から図３に基づいて説明する。

図１の符号１は本実施例１の内燃機関を示す。この内燃機関１は、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄを有する機関本体１０と、その第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に外部からの空気を供給する吸気経路２０と、その夫々の燃焼室で燃焼させる燃料（ここでは、ガソリン等の炭化水素系燃料）を各々噴射する第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと、その夫々の燃焼室から排出された排気ガスを大気へと放出する排気経路４０と、改質燃料を生成して吸気経路２０へと供給する燃料改質装置５０と、を備えている。

先ず、本実施例１の内燃機関１の吸気経路２０には、外部から空気を吸入して導く吸気通路２１と、その導入した空気から塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、そのスロットルバルブ２４の開度を検出するスロットル開度センサ２６と、そのスロットルバルブ２４で調節された空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に導く吸気マニホルド２７と、が設けられている。

ここで、そのエアフロメータ２３やスロットル開度センサ２６の検出信号は、制御手段たる電子制御装置（ＥＣＵ）６０に送信される。従って、この電子制御装置６０においては、エアフロメータ２３の検出信号に基づいて外部からの吸入空気量が算出され、スロットル開度センサ２６の検出信号に基づいてスロットルバルブ２４の開度が検出される。

更に、その電子制御装置６０は、スロットルバルブアクチュエータ２５に対してスロットルバルブ２４の開弁角度の制御指令を行い、その開弁角度に応じた所望の量の空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室内へと吸入させるべくスロットルバルブ２４を開閉駆動させる。

また、本実施例１にあっては、上述した第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄを機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の吸気ポートに各々配設する。これが為、この内燃機関１においては、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄから噴射された各吸気ポートの燃料が空気と共に第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に各々吸入された後、その夫々の混合気に対して第１から第４の点火プラグ１２ａ〜１２ｄから点火される。ここで、本実施例１の電子制御装置６０は、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄの燃料噴射時期等を制御すると共に第１から第４の点火プラグ１２ａ〜１２ｄの点火時期を制御する。尚、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄについては、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に夫々直接燃料を噴射させるべく配置してもよい。

この内燃機関１においては、その点火後の筒内ガスが機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の排気ポートを介して排気経路４０へと排出される。

本実施例１の排気経路４０は、その夫々の排気ポートに排出された排気ガスを一経路に纏める排気マニホルド４１と、その排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒等の排気浄化装置４２と、を備えている。

ところで、一般に、内燃機関においては、水素を燃焼時の燃料として使用することで、炭化水素系燃料を燃焼させるよりも排気ガス中におけるＣＯ（一酸化炭素）成分，ＣＯ₂（二酸化炭素）成分やＨＣ（炭化水素）成分等の有害成分を大幅に低減できることが知られている。これ故、排気浄化装置４２の触媒担体温度が活性温度に達していないが為に排気ガス中の有害成分を浄化し難い状況下においては、その有害成分の排出それ自体を抑えることのできる水素による燃焼がエミッション性能を向上させる上で効果的である。そのような状況下としては、機関始動時等の機関冷間時が代表的であるが、一旦活性化された排気浄化装置４２が例えば軽負荷運転等によって活性温度よりも低くなってしまったときも含まれる。

従って、本実施例１にあっては、その排気浄化装置４２が活性化していない状況下において、上述した燃料改質装置５０で改質燃料としての水素ガスを生成し、これを燃焼時の燃料にして運転が行えるように構成する。本実施例１においては、炭化水素系燃料を改質反応させることによって水素ガスを生成させる。この燃料改質装置５０は当該技術分野における周知の構成により構築し得るものであり、例えば、本実施例１にあっては、炭化水素系燃料と酸素の混合気を水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスへと改質し、これが吸気経路２０に供給される以下に示す構成の燃料改質装置５０を適用する。以下に、本実施例１の燃料改質装置５０について詳述する。

本実施例１の燃料改質装置５０は、炭化水素系燃料と空気（酸素）を混合させる混合部５１ａと、その炭化水素系燃料と空気（酸素）の混合気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質触媒５１ｂと、を備えた燃料改質手段５１を有している。ここで、その燃料改質触媒５１ｂは、ヒータ等の加熱手段（図示略）が具備された電気加熱式の改質触媒であり、改質反応可能な所定の温度まで昇温された後に改質ガスを生成し始める。

また、この燃料改質装置５０には、上記の混合部５１ａに炭化水素系燃料を供給する燃料供給手段５２が設けられている。その燃料供給手段５２としては、例えば、混合部５１ａに炭化水素系燃料を噴射させる所謂燃料噴射弁を用いる。この燃料供給手段５２は、燃料改質触媒５１ｂが所定の改質反応可能な温度に達した際に電子制御装置６０によって動作が制御され、改質ガスの生成量に応じた供給量で燃料を噴射させる。

更にまた、この燃料改質装置５０には、その混合部５１ａに空気を供給する空気供給手段５３が設けられている。本実施例１の空気供給手段５３としては、吸気通路２１の空気を分流して混合部５１ａへと導く分流通路を用いる。本実施例１にあっては、吸気通路２１上のスロットルバルブ２４よりも上流側と混合部５１ａとを連通させるべく分流通路を配置して空気供給手段５３を構成する。尚、この空気供給手段５３は、空気を圧送するポンプと、このポンプから吐出された空気を混合部５１ａへと導く空気供給路と、この空気供給路上に配備され、混合部５１ａへの空気供給量を調節する空気供給量調節弁と、で構成してもよく、その際には、そのポンプ及び空気供給量調節弁を電子制御装置６０で制御して改質ガスの生成量に応じた供給量の空気を混合部５１ａに供給させる。

更に、この燃料改質装置５０には、燃料改質手段５１で生成された改質ガスを吸気経路２０へと導く改質ガス供給路５４と、その改質ガスの吸気経路２０への流入量を調節する改質ガス流量調節手段５５と、が配備されている。その改質ガス供給路５４は、吸気経路２０上におけるスロットルバルブ２４の下流側で連通させる。本実施例１にあっては、吸気マニホルド２７の集合部分に改質ガスが供給されるよう改質ガス供給路５４の一端を連通させる。また、改質ガス流量調節手段５５としては、例えば、改質ガス供給路５４と吸気経路２０との間の連通状態を電子制御装置６０の指示により全閉状態から全開状態まで無段階又は所定の段階で可変させて、改質ガスの流入量を適宜調節可能な改質ガス流量調節弁を用いる。尚、この改質ガス流量調節手段５５としては、改質ガス供給路５４と吸気経路２０との間を全閉状態と全開状態とに切り替え可能な開閉弁を用いてもよい。

このような構成からなる本実施例１の内燃機関１においては、その燃料改質装置５０を作動させて改質ガスで運転することによって、排気ガス中の有害成分を大幅に低減させることができる。これが為、排気浄化装置４２が活性化していない状況下においては、かかる改質ガスでの運転を実行させることによって良好なエミッション性能を確保することができるようになる。

ここで、かかる状況下であっても、例えば運転者が望む運動性能等の運転条件や走行環境などによっては、改質ガスでの運転よりも炭化水素系燃料で運転させる方が好ましい場合がある。しかしながら、近年においては年を追う毎に排気ガス規制が強化されていく傾向にあり、かかる状況下においてエミッション性能を犠牲にしてまで炭化水素系燃料で運転させることは望ましくない。その一方で、炭化水素系燃料での運転が望まれているにも拘わらず改質ガスで運転し続けることも好ましくはなく、かかる状況を早く解消して可能な限り早く炭化水素系燃料で運転させることが望ましい。

また、仮に炭化水素系燃料が燃料改質装置５０で改質しきれずに残った場合には、その未改質燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまう。これが為、排気浄化装置４２が活性化していない状況下において未改質燃料が発生したときには、その燃焼に伴って生成された有害成分を排気浄化装置４２で浄化させることができず、エミッション性能を悪化させてしまう。

そこで、本実施例１にあっては、早い段階で排気浄化装置４２を活性化させるべく、排気経路４０上の排気浄化装置４２よりも上流側に改質ガスを供給して燃焼させ、その燃焼反応により発生した熱を利用して排気浄化装置４２の触媒担体温度を昇温させる。この排気浄化装置４２の暖機制御については電子制御装置６０に実行させる。

具体的に、本実施例１の電子制御装置６０は、一部の気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の少なくとも１気筒）の点火動作を停止させ、その点火動作の停止気筒に吸入された改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路４０へと排出されるよう構成する。尚、本実施例１の内燃機関１においては、かかる暖機制御を行う際に第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄから炭化水素系燃料を噴射させず、改質ガスのみを燃料にして運転させる。

ここで、本実施例１の電子制御装置６０には、その排気浄化装置４２の暖機制御を所定の条件（以下、「暖機制御実行条件」という。）と合致した際に開始させる。その暖機制御実行条件としては種々の条件が考えられる。

例えば、かかる排気浄化装置４２の暖機制御を実行させる（排気経路４０で改質ガスを燃焼させる）為には排気熱を利用する必要があり、内燃機関１が始動しているか否かを知ることで排気熱の有無を把握することができる。従って、本実施例１にあっては、その内燃機関１の始動を暖機制御実行条件として設定する。この機関始動については、電子制御装置６０の点火指示信号等から判別することができる。本実施例１にあっては、この機関始動を暖機制御実行条件として設定することによって、排気経路４０上の改質ガスを大気へと放出させることなく確実に燃焼させることができるので、効率の良い排気浄化装置４２の早期活性化が可能になる。また、その改質ガス中の一酸化炭素ガスの大気への放出を防げるので、エミッション性能を悪化させずとも済む。

ところで、そのような機関始動を示す要件としての排気熱に着眼してみると、機関始動後か否かについては排気熱の温度変化から把握することができるので、例えば排気経路４０上の排気温センサ４３から検出した排気温度（これについて推定可能な点火回数や積算吸入空気量等でもよい）の温度変化を暖機制御実行条件として使用してもよい。即ち、電子制御装置６０は、排気温度が高温側へと温度変化したときに機関始動後であると判断できるので、例えば、所定の数値（閾値）以上の温度変化が生じた際に排気浄化装置４２の暖機制御を実行してもよい。その閾値は、水温や外気温等によって異なる値になるので、予めこれらのパラメータを加味した実験やシミュレーションを行って設定しておく。

更に、排気温度が把握できれば排気浄化装置４２の触媒担体温度を推定することができるので、電子制御装置６０には、例えば、その排気温度が排気浄化装置４２の活性温度に対応した所定の排気ガス温度（閾値）よりも低いときに排気浄化装置４２の暖機制御を実行させてもよい。これにより、排気浄化装置４２が既に活性温度に達している再始動時等において無用な制御を行わずとも済む。ここで、電子制御装置６０には、温度センサ（図示略）の検出信号から排気浄化装置４２の触媒担体温度を直接検出させ、これが活性温度よりも低いときに排気浄化装置４２の暖機制御を実行させてもよい。

また、本実施例１の電子制御装置６０には、その排気浄化装置４２の暖機制御を所定の条件（以下、「暖機制御終了条件」という。）と合致した際に終了させる。その暖機制御終了条件としては、排気浄化装置４２の触媒担体温度が活性温度に達したとき、又は排気温センサ４３から検出した排気温度（これについて推定可能な点火回数や積算吸入空気量等でもよい）が排気浄化装置４２の活性温度に対応する所定の排気ガス温度（閾値）以上になったときを設定する。これにより、排気経路４０上で必要以上に改質ガスの燃焼反応や触媒反応が起こらなくなるので、排気浄化装置４２の過熱による劣化や故障を防ぐことができる。ここで、その閾値については、暖機制御実行条件のときと同様に水温や外気温等によって異なる値になるので、予めこれらのパラメータを加味した実験やシミュレーションを行って設定しておく。

次に、本実施例１の内燃機関１の動作について図２のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例１の電子制御装置６０は、排気浄化装置４２の暖機制御実行条件か否か判断する（ステップＳＴ１）。

ここで、この電子制御装置６０は、暖機制御実行条件であるとの判断を為した場合、燃料改質装置５０を作動させて改質ガスを生成し、これを吸気経路２０に供給する（ステップＳＴ２）。具体的に、その際に電子制御装置６０は、加熱手段を作動させて燃料改質触媒５１ｂを加熱し、その改質触媒担体温度が改質反応可能な所定温度以上になったときに改質ガス流量調節手段５５を開弁させると共に燃料供給手段５２を駆動させる。これにより、この燃料改質装置５０においては、炭化水素系燃料と空気が混合部５１ａに供給され、その混合気が燃料改質触媒５１ｂに送られて水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスが生成される。そして、その改質ガスは、改質ガス供給路５４を介して吸気マニホルド２７の集合部分に供給される。

続いて、この電子制御装置６０は、その改質ガスと吸気経路２０上の空気との混合気が希薄空燃比となるように制御する（ステップＳＴ３）。その混合気は、予め設定されている希薄空燃比に制御してもよく、運転状態等に応じて適宜設定した希薄空燃比に制御してもよい。ここで、このステップＳＴ３においては、スロットルバルブアクチュエータ２５と改質ガス流量調節手段５５の双方又は何れか一方を駆動制御することによって所望の空燃比へと混合気の調節を行う。尚、本実施例１にあっては上記ステップＳＴ２で改質ガスの流量を改質ガス流量調節手段５５の駆動制御によって既に設定しているので、その改質ガスの流量に関しては、そのステップＳＴ２の設定値をそのまま利用してもよく（即ち、ステップＳＴ３にて改質ガス流量調節手段５５を駆動制御せずともよく）、また、このステップＳＴ３で新たに設定してもよい。

このように第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄに吸入される混合気を希薄化することによって、排気経路４０上における酸素量が増加し、後の改質ガスの燃焼反応が促進される。尚、このステップＳＴ３においては上記の如く混合気の希薄化を図ることが最も好ましいが、その混合気については、排気経路４０上の改質ガスの過多を抑制可能な理論空燃比から希薄空燃比の間であれば何れに制御してもよい。

このようにして希薄空燃比の混合気を生成した後、この電子制御装置６０は、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の一部の気筒の点火動作を停止させる（ステップＳＴ４）。ここでは、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の１気筒の点火動作を停止させる。

これにより、その点火動作を停止した気筒からは吸入した改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路４０に排出され、この排気経路４０において、その改質ガス（水素ガス及び一酸化炭素ガス）と空気中の酸素が排気ポートや排気マニホルド４１又は排気浄化装置４２で燃焼反応を起こす。ここで、その改質ガス中の水素ガスは、可燃範囲が広くて着火し易い。また、改質ガス中の一酸化炭素ガスは、酸素存在下で燃焼すると共に、低温でも排気浄化装置４２で触媒反応が始まって二酸化炭素に浄化される。従って、排気浄化装置４２においては、その排気ポート等での燃焼反応に伴って温度上昇した排気ガスの流入又は触媒担体での直接の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。

続いて、この電子制御装置６０は、排気浄化装置４２の暖機制御終了条件か否か判断する（ステップＳＴ５）。

そして、暖機制御終了条件でなければ上記ステップＳＴ３に戻って暖機制御を継続させ、暖機制御終了条件であれば、上記ステップＳＴ３，ＳＴ４にて設定した混合気の空燃比と第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの点火時期をリセットし（ステップＳＴ６）、通常の空燃比制御と点火制御に切り替える（ステップＳＴ７）。

ここで、この電子制御装置６０は、上記ステップＳＴ１において暖機制御実行条件ではないと判断したときに、上記ステップＳＴ７に進んで、通常の空燃比制御と点火制御を実行させる。

以上示した如く、本実施例１の内燃機関１によれば、一部の気筒の点火動作を停止させることにより排気経路４０上に改質ガスを供給して、その排気経路４０上で改質ガスを燃焼反応又は触媒反応させている。これが為、この内燃機関１においては、排気浄化装置４２の触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させる場合よりも早く上昇させることができるので、その排気浄化装置４２の早期活性化が図れる。また、その際に改質ガスが排気経路４０に送出されるが、その改質ガス中にはＨＣ成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この内燃機関１においては、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。

ところで、特定の気筒のみの点火動作を停止させ続けるとその気筒の暖機が他の気筒に対して遅くなるので、その気筒においては、排気浄化装置４２の暖機制御を終えた後に暖機不足に伴う燃焼不良等が発生する虞がある。また、この内燃機関１においては、特定の気筒でだけ点火されないので、トルク変動が生じる虞もある。

そこで、排気浄化装置４２の暖機制御実行中の点火動作停止気筒については、所定の間隔毎（例えば、１サイクル毎）に変更する。その点火動作停止気筒は、通常の点火制御時の点火順序等を考慮し、トルク変動等の起こり得ない均衡の取れた順番で変更していくことが望ましい。

これにより、機関全体の暖機が均等に行われるようになるので、燃焼不良等を起こす気筒が無くなってトルク変動等を抑制することができる。また、排気ポートや排気マニホルド４１の分流通路においての燃焼反応が各気筒１１ａ〜１１ｄで均等に行われるようになるので、この排気ポート等を均等に暖機させることができる。また、仮に各気筒１１ａ〜１１ｄから排出された排気浄化装置４２を流れる夫々の排気ガスの流動箇所に偏りがあったとしても、その排気浄化装置４２を均等に暖機させることができるようになる。

ここで、本実施例１の排気浄化装置４２の暖機制御は、上述した図１の内燃機関１だけでなく、例えば、図３に示す内燃機関１００へも適用することができる。

この図３の内燃機関１００は、図１の内燃機関１において、上述した燃料改質装置５０を図３に示す燃料改質装置１５０へと変更したものであり、それ以外は図１の内燃機関１と同様に構成されている。

この図３に示す燃料改質装置１５０は、上述した燃料改質装置５０と同様の混合部５１ａ及び燃料改質触媒５１ｂを有する燃料改質手段５１と、燃料供給手段５２と、空気供給手段５３と、を備えている。従って、この燃料改質装置１５０においても、炭化水素系燃料と空気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成させる。

一方、この燃料改質装置１５０においては、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄへと個別に改質ガスを供給させるべく、燃料改質手段５１で生成された改質ガスを吸気マニホルド２７における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの分流通路に各々導く第１から第４の改質ガス供給路５４ａ〜５４ｄと、これら第１から第４の改質ガス供給路５４ａ〜５４ｄからの改質ガスの流入量を夫々調節する第１から第４の改質ガス流量調節手段５５ａ〜５５ｄと、が配備されている。その第１から第４の改質ガス流量調節手段５５ａ〜５５ｄとしては、図１の改質ガス流量調節手段５５と同様に、改質ガス流量調節弁や全閉状態と全開状態とを切り替え可能な開閉弁を用いる。

このように構成した内燃機関１００においても、第１から第４の改質ガス供給路５４ａ〜５４ｄから各々同量の改質ガスを供給し、上述した図１の内燃機関１と同様の制御を実行することによって、その内燃機関１と同様の効果を奏することができる。

また、この内燃機関１００においては、排気経路４０上に存在し得る酸素量に応じて点火動作停止気筒への改質ガスの供給量を増加してもよい。これにより、更に多量の改質ガスが排気経路４０上で燃焼反応や触媒反応を起こすので、より効率良く且つより早期に排気浄化装置４２を活性温度まで上昇させることができる。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例２を図３及び図４に基づいて説明する。

本実施例２は、実施例１にて例示した図３の内燃機関１００において排気経路４０への改質ガスの供給手法を変更したものである。本実施例２にあっては、電子制御装置６０に一部の気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の少なくとも１気筒）への改質ガスと空気からなる混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御させ、その過濃混合気が供給された気筒の改質ガスが燃焼室内で燃焼しきれずにそのまま排気経路４０に排出されるよう構成する。

具体的に、本実施例２の電子制御装置６０においては、一部の気筒への改質ガスの供給量を他の気筒に対して相対的に増加させることによって、その一部の気筒の混合気を他の気筒に対して過濃側に設定する。その一部の気筒へは、改質ガスが燃焼室内で燃焼しきれずに残るだけの量を供給する。

この本実施例２の内燃機関１００の動作について図４のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例２の電子制御装置６０は、実施例１と同様にして排気浄化装置４２の暖機制御実行条件か否か判断する（ステップＳＴ１１）。

ここで、この電子制御装置６０は、暖機制御実行条件でなければ下記のステップＳＴ１６に進んで通常の空燃比制御と点火制御を実行させ、暖機制御実行条件であれば、実施例１と同様にして燃料改質装置１５０を作動させて改質ガスの生成を行う（ステップＳＴ１２）。

続いて、この電子制御装置６０は、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の一部の気筒への混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する（ステップＳＴ１３）。ここでは、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの内の１気筒の混合気を過濃化する。例えば、その際の電子制御装置６０は、第１改質ガス流量調節手段５５ａの開弁量を残りの第２から第４の改質ガス流量調節手段５５ｂ〜５５ｄの開弁量よりも大きくし、第１気筒１１ａへの改質ガスの供給量を残りの第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄへの供給量に対して増加させる。また、その際、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄへと吸入される混合気が過濃空燃比や理論空燃比となる場合、電子制御装置６０は、その第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄの混合気が希薄空燃比となるように第２から第４の改質ガス流量調節手段５５ｂ〜５５ｄの開弁量を絞る。

これにより、その制御対象の気筒（第１気筒１１ａ）においては、改質ガスの一部が燃焼しきれずに残ってそのまま排気経路４０に排出される。一方、希薄空燃比の混合気に対して点火を行った残りの気筒（第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ）においては、排気経路４０へと排出された排気ガス中に酸素が残存している。従って、本実施例２の排気浄化装置４２においても、排気マニホルド４１の集合部分よりも下流での未燃焼の改質ガス（水素ガス及び一酸化炭素ガス）の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。

次に、この電子制御装置６０は、実施例１と同様にして排気浄化装置４２の暖機制御終了条件か否か判断する（ステップＳＴ１４）。

そして、暖機制御終了条件でなければ上記ステップＳＴ１３に戻って暖機制御を継続させ、暖機制御終了条件であれば、上記ステップＳＴ１３にて設定した第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の混合気の空燃比をリセットし（ステップＳＴ１５）、通常の空燃比制御に切り替えて、通常の空燃比制御と点火制御を実行する（ステップＳＴ１６）。

以上示した如く、本実施例２の内燃機関１００によれば、一部の気筒の混合気を過濃化させることにより排気経路４０上に改質ガスを供給して、その排気経路４０上で改質ガスを燃焼反応又は触媒反応させている。これが為、この内燃機関１００においても、実施例１の内燃機関１と同様に、排気浄化装置４２の触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させる場合よりも早く上昇させることができ、その排気浄化装置４２の早期活性化が図れる。また、その排気経路４０上の改質ガス中にはＨＣ成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この本実施例２の内燃機関１００においても、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。

ところで、特定の気筒に対してだけ混合気を過濃化させていると、その気筒と残りの気筒との間で暖機速度が異なってしまい、排気浄化装置４２の暖機制御を終えた後で暖機不足の気筒において燃焼不良等が発生する虞がある。また、この内燃機関１００においては、特定の気筒でだけ混合気が他の気筒に対して過濃化されているので、トルク変動が生じる虞もある。

そこで、排気浄化装置４２の暖機制御実行中における過濃化制御対象の気筒については、所定の間隔毎（例えば、１サイクル毎）に変更する。その過濃化制御対象気筒は、トルク変動等の起こり得ない均衡の取れた順番で変更していくことが望ましい。

これにより、機関全体の暖機が均等に行われるようになるので、燃焼不良等を起こす気筒が無くなってトルク変動等を抑制することができる。また、排気ポートや排気マニホルド４１の分流通路を均等に暖機させることができる。また、仮に各気筒１１ａ〜１１ｄから排出された排気浄化装置４２を流れる夫々の排気ガスの流動箇所に偏りがあったとしても、その排気浄化装置４２を均等に暖機させることができるようになる。

ここで、夫々の気筒１１ａ〜１１ｄ毎の吸入空気量を制御可能な構成（例えば、気筒１１ａ〜１１ｄ毎に空気の吸入量を調節可能な流量制御弁、吸気バルブの可変バルブタイミング／バルブリフト量調節機構等）が具備されている場合には、かかる構成を電子制御装置６０に制御させて各気筒１１ａ〜１１ｄの混合気の空燃比を上記の如く調節してもよい。

また、本実施例２にあっては、改質ガスと反応させる酸素を排気経路４０上へと供給する為に、過濃化制御対象気筒以外の残りの気筒の混合気を希薄化している。しかしながら、その残りの気筒については必ずしも混合気を希薄化させる必要はなく、例えば、排気経路４０上の排気浄化装置４２の上流側に酸素を供給する酸素供給手段を設けてもよい。例えば、かかる酸素供給手段としては、所謂２次空気供給装置等が考えられる。そして、このような酸素供給手段を設ける場合には、上記と同様に一部の気筒のみを過濃化させても同様の効果を奏することができるが、全ての気筒１１ａ〜１１ｄの混合気を過濃化させることによって更に多量の改質ガスを反応させることができるので、より早期の排気浄化装置４２の活性化が実現される。

尚、上述した各実施例１，２においては４つの気筒１１ａ〜１１ｄを備えた内燃機関１，１００を例に挙げて説明したが、本発明に係る内燃機関は、複数の気筒を備えたものであれば何れにも適用することができる。

また、上述した各実施例１，２においては炭化水素系燃料と酸素からなる混合気を改質して水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスを生成させる燃料改質装置５０，１５０について例示したが、この燃料改質装置５０，１５０は、炭化水素系燃料と酸素と水蒸気からなる混合気から水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスを生成させるべく構成してもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、エミッション性能の悪化を抑制しながらも排気浄化装置を早期に活性化させる技術に適している。

本発明に係る内燃機関の実施例１の構成を示す図である。実施例１の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。本発明に係る内燃機関の実施例１，２の構成を示す図である。実施例２の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。

符号の説明

１，１００内燃機関
１１ａ〜１１ｄ第１から第４の気筒
１２ａ〜１２ｄ第１から第４の点火プラグ
２０吸気経路
２１吸気通路
２７吸気マニホルド
４０排気経路
４１排気マニホルド
４２排気浄化装置
４３排気温センサ
５０，１５０燃料改質装置
５４改質ガス供給路
５４ａ〜５４ｄ第１から第４の改質ガス供給路
５５改質ガス流量調節手段
５５ａ〜５５ｄ第１から第４の改質ガス流量調節手段
６０電子制御装置

Claims

燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、
前記各気筒の内の一部の気筒に対しての点火動作を停止させる制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。
生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう前記燃料改質装置を構成し、
前記制御手段は、点火動作を停止させる前記気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように前記燃料改質装置の制御を行うべく構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、
前記各気筒の内の一部の気筒への改質ガスと空気の混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。
生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう前記燃料改質装置を構成し、
前記制御手段は、過濃化される前記気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように前記燃料改質装置の制御を行うべく構成したことを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
前記制御手段は、過濃化される前記気筒以外の他の気筒の混合気を希薄側に制御すべく構成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。