JP2008202494A - 内燃機関の排気リフォーマシステム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料中に含まれる水分が高いほど十分な改質効果を実現可能な排気リフォーマシステムを提供する。
【解決手段】燃料であるアルコールに含まれる水分の割合である水分割合Rwを取得する（ステップ１１０）。この水分割合Rwは、例えば、要求噴射量Qtgtに対するＦ／Ｂ補正後の実際の噴射量Qpの比率Rpを用いて算出される。水分割合Rwが基準値２より高い場合には、水分割合Rwに応じて、改質触媒に供給される燃料量Qrの噴射割合Rrを変更する（ステップ１１４）。ステップ１１４では、水分割合Rwが高いほど、噴射割合Rrが高く変更される。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気リフォーマシステムに関する。

内燃機関のＥＧＲ通路の途中に、排気ガスとの熱交換が可能な燃料改質触媒を備えたシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このシステムによれば、排気管から取り出された排気ガスに燃料（ガソリン）が添加され、この燃料と排気ガスとを含む混合ガスが燃料改質触媒に通される。この燃料改質触媒において排気熱を利用して水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成され、この改質ガスが吸気管に供給される。吸気管において改質ガスは吸入空気と混合された後、燃焼室で再び燃焼するため、燃費効果を向上させることができる。

特開２００４−９２５２０号公報 特開平６−２６４７３２号公報 特開２００６−１４４７３６号公報

ところで、燃料改質触媒は改質燃料中に含まれる炭素の影響によりコーキングを起こしやすい。改質燃料としてエタノールを用いた場合には、ガソリンを用いた場合に比して、コーキングを起こしにくくなる。
しかしながら、エタノールもガソリンと同様に炭素を含有しているため、コーキングを考慮すると、エタノールの添加量が制限されてしまう。このため、エタノールを燃料として用いる場合であっても、十分な燃料改質効果を発揮することができない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料中に含まれる水分が高いほど十分な改質効果を実現可能な排気リフォーマシステムを提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気リフォーマシステムであって、
排気管を流れる排気ガスの一部を吸気管に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に排気ガスと熱交換可能に設けられ、排気熱を利用することで改質ガスを生成可能な燃料改質触媒と、
前記ＥＧＲ通路の前記燃料改質触媒の上流に燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料に含まれる水分の割合である水分割合を取得する水分割合取得手段と、
前記水分割合が高い場合に、低い場合に比して、前記燃料添加手段により添加される燃料量を多くする添加量変更手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記水分割合取得手段は、空燃比フィードバック制御がなされた実際の燃料噴射量の、吸入空気量から要求される燃料噴射量である要求噴射量に対する比率を算出する比率算出手段を有し、該比率を用いて前記水分割合を取得することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段を更に備え、
前記水分割合取得手段は、
前記燃料に水分が含まれない場合に得られるトルクと、前記トルク取得手段により取得されたトルクとの差であるトルク低下量を算出するトルク低下量算出手段を有し、該トルク低下量に基づいて前記水分割合を取得することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段と、
前記内燃機関の点火時期を変更する点火時期変更手段とを更に備え、
前記水分割合取得手段は、
定常運転中に前記点火時期変更手段により点火時期を変更し、変更された点火時期でのトルクを前記トルク取得手段により取得することで、点火時期とトルクの関係を取得する関係取得手段を有し、該点火時期とトルクの関係に基づいて前記水分割合を取得することを特徴とする。

第１の発明によれば、水分割合取得手段により改質用燃料に含まれる水分の割合である水分割合が取得される。ここで、水分割合が高いと、燃料改質触媒のコーキングが起こりにくくなる。そこで、添加量変更手段により、水分割合が高い場合には、低い場合に比して燃料改質触媒の上流に添加される改質用燃料の量が多くされる。従って、水分割合が高い場合ほど、十分な改質効果を得ることができ、燃費を向上させることができる。

第２の発明によれば、空燃比フィードバック制御がなされた実際の燃料噴射量の、吸入空気量から要求される要求噴射量に対する比率が算出され、該比率を用いて水分割合が取得される。よって、水分割合を精度良く求めることができる。

第３の発明によれば、燃料に水分が含まれない場合のトルクと、トルク取得手段により取得されたトルクとの差であるトルク低下量が算出され、該トルク低下量に基づいて水分割合が取得される。よって、水分割合が取得される機会が、上記第２の発明のように空燃比フィードバック制御時に限られず、増加するという効果が得られる。

第４の発明によれば、定常運転中に変更された点火時期でのトルクを取得することで、点火時期とトルクの関係が取得され、該点火時期とトルクの関係に基づいて水分割合が取得される。よって、ある点火時期でのトルク低下量に基づいて水分割合を取得する上記第３の発明に比して、更に精度良く水分割合を求めることができるという利点が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１による排気リフォーマシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、エンジン１を備えている。エンジン１は、複数の気筒２を備えている。各気筒２の燃焼室４の上方には、該燃焼室４内の混合気に点火する点火プラグ６が設けられている。また、エンジン１は、燃焼室４の燃焼圧（以下「筒内圧」という。）を検出する筒内圧センサ８を備えている。

燃焼室４と吸気ポート１０との接続部には、吸気バルブ１２が設けられている。吸気ポート１０は吸気管１４に接続されている。吸気ポート１０の近傍には、該近傍に筒内燃焼用の燃料であるエタノールを噴射するインジェクタ１６が配置されている。インジェクタ１６は、燃料通路１８を介して燃料タンク２０に連通している。燃料タンク２０には、エタノールが貯留されている。

吸気管１４にはスロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、スロットルモータ２４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットル弁２２は、アクセル開度センサ２８により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットル弁２２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２６が設けられている。スロットル弁２２の上流には、吸入空気量GAを検出するエアフロメータ２７が設けられている。

一方、燃焼室４と排気ポート３０との接続部には、排気バルブ３２が設けられている。排気ポート３０は排気管３４に接続されている。排気管３４の途中には、分岐官であるＥＧＲ通路３６の一端が接続されている。このＥＧＲ通路３６の他端は、吸気管１４におけるスロットル弁２２の下流側に接続されている。このＥＧＲ通路３６により、排気管３４を流れる排気ガスの一部を吸気管１４に還流させることができる。また、排気管３４には、排気空燃比を検出する空燃比センサ４２が設けられている。

ＥＧＲ通路３６の途中には、排気管３４を流れる排気ガスと熱交換可能な燃料改質触媒３８が設けられている。燃料改質触媒３８の成分としては、例えば、Ｒｈ，Ｃｏ，Ｎｉ等が好ましく用いられる。燃料改質触媒３８は、例えば、排気管３４の外周に配置されている。

ＥＧＲ通路３６における燃料改質触媒３８の上流側（排気管３４側）には、該上流側のＥＧＲ通路３６を通る排気ガスに対して燃料を噴射するインジェクタ４０が設けられている。インジェクタ４０は、燃料配管４１，１８を介して、上記燃料タンク２０に連通している。

ＥＧＲ通路３６における燃料改質触媒３８の下流側には、ＥＧＲクーラ４４が設けられている。ＥＧＲクーラ４４は、燃料改質触媒３８で燃料改質反応が起こらない場合にはＥＧＲガスを、該燃料改質反応が起こった場合には改質ガスを、冷却するように構成されている。吸気管１４との接続部近傍のＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲ弁４６が設けられている。

本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、点火プラグ６、インジェクタ１６，４０、スロットルモータ２４、ＥＧＲ弁４６等が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、筒内圧センサ８、スロットル開度センサ２６、エアフロメータ２７、アクセル開度センサ２８、空燃比センサ４２のほか、湿度センサ４８等が接続されている。湿度センサ４８は、外気の湿度を検出するように構成されている。
ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４２の出力を用いて、排気空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるように、空燃比フィードバック制御（以下「Ｆ／Ｂ制御」という。）を実行する。このＦ／Ｂ制御により、インジェクタ１６，４０の噴射量が補正される。
ＥＣＵ５０は、スロットル開度TAやアクセル開度AA等に基づいて求められる負荷KLに応じて、ＥＧＲ弁５０の開度を制御する。例えば高負荷時には、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ５０を全開にする。ＥＧＲ弁５０の開度制御により、吸入空気への改質ガスの混合割合を調整することができる。

［実施の形態１の特徴］
上記システム１によれば、排気管３４から取り出された排気ガスと、インジェクタ４０から噴射されたエタノールとを含む混合ガスが、燃料改質触媒３８に流入する。そうすると、燃料改質触媒３８において、次式(1)で表される改質反応（水蒸気改質反応）が起こる。すなわち、エタノールと排気ガス中の水蒸気及び二酸化炭素とが改質反応を起こすことで、水素と一酸化炭素とが生成される。
C₂H₅OH+0.4CO₂+0.6H₂O+2.3N₂+Q1→3.6H₂+2.4CO+2.3N₂・・・(1)

上式(1)中のQ1は、改質反応により吸収される反応熱である。よって、上式(1)の改質反応は吸熱反応であるので、上式(1)の右辺の改質ガスが有する熱量は、左辺のエタノールが有する熱量よりも大きくなる。燃料改質触媒３８では、排気ガスから回収した熱を利用して、エタノールをより熱量の大きい水素及び一酸化炭素に転換することができる。

上記改質反応により得られた改質ガスは、ＥＧＲクーラ４４によって冷却された後、吸気管１４内に導入され、吸入空気と混合される。このため、改質ガス中の水素及び一酸化炭素は、インジェクタ１６から噴射されたエタノールと共に、内燃機関１の燃焼室４内で燃焼する。上述した通り、改質ガスは、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１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１の燃費効果を向上させることができる。

本システムにおいて、改質ガスを吸気管１４に供給することは、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)としての効果も有している。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率には限界がある。これに対し、本システムでは、改質ガス中のＨ_２の作用により、ＥＧＲ率を高めることができる。Ｈ_２は高い燃焼性を有しており、燃焼速度が速いので、筒内の燃焼を改善し、安定化させることができるからである。つまり、内燃機関１０では、改質ガスを筒内で燃焼させることにより、ＥＧＲ限界が高まる。

また、Ｈ_２は、ノッキングを起こしにくくする作用も有している。一般に、内燃機関では、点火時期を進角するとノッキングが起き易くなるため、燃費が最良となる点火時期であるＭＢＴ(Minimum advance for the Best Torque)よりも遅い点火時期で運転せざるを得ない場合が多い。これに対し、本システムの内燃機関１０では、改質ガス中のＨ_２の作用により、ノッキングが起きにくいので、点火時期をより進角してＭＢＴ付近にすることができる。このため、燃費効果を更に向上させることができる。

このように、本システムでは、改質ガスを利用することにより、優れた燃費効果が得られるとともに、低エミッション化が図れる。

また、エタノールを改質用燃料として利用することにより、ガソリンを添加して改質する場合に比べ、低温で改質が可能となることである。ガソリンの水蒸気改質反応は、次式(2)のように表される。
1.56(7.6CO₂+6.8H₂O+40.8N₂)+3C_7.6H_13.6+Q2→31H₂+34.7CO+63.6N₂・・・(2)
上式(2)で表されるガソリンの改質反応で吸熱される熱量Q2は、極めて大きい。このため、ガソリンの改質反応を起こさせるためには、燃料改質触媒３８の温度が高温（例えば６００℃以上）である必要があり、そのためには排気温度が高温である必要がある。よって、ガソリン、あるいはガソリンを含む混合燃料を改質用燃料として用いる場合には、排気温度が高くなる高負荷運転時（高速走行時など）でないと、改質反応を効率良く起こさせることができないという問題がある。

また、エタノールを燃料として用いる場合には、ガソリンを用いる場合に比して、燃料改質触媒３８のコーキングが起こりにくい。これは、エタノールは、酸素を含有する酸素含有燃料であるためである。
しかしながら、ガソリンと同様にエタノールも炭素を含有しているため、コーキングを考慮すると、インジェクタ４０からの噴射量が制限されてしまう。このため、燃料としてエタノールを用いる場合であっても、十分な燃料改質効果を発揮することができない可能性がある。

ところで、市場において用いられているエタノールには、水分を多量に含んでいるものがある。例えば、ブラジルにおいて用いられているエタノールは、水分を５％程度含んでいるものもある。

本発明者の検討によれば、インジェクタ４０から噴射されるアルコールに含まれる水分の割合（以下「水分割合」という。）Rwが高い場合には、低い場合に比して、燃料改質触媒３８のコーキングが起こりにくいことが分かった。これは、水分割合Rwが高いほど、インジェクタ４０から噴射される燃料に含まれる酸素量が多いためである。

よって、本実施の形態１では、図２に示すように、水分割合Rwが高い場合には、低い場合に比して、インジェクタ１６の噴射量Qpに対するインジェクタ４０の噴射量Qrの割合（以下「噴射割合」という。）Rrを高くする。図２は、本実施の形態１において、水分割合Rwと噴射割合Rrとの関係を示す図である。

このように噴射割合Rrを制御すると、図３に示すように、水分割合Rwが高いほど、インジェクタ４０の噴射量Qrが多くされる。図３は、本実施の形態１において、水分割合Rwとインジェクタ４０の噴射量Qrとの関係を示す図である。図３には、水分量Qw=0のときの噴射量を破線で示すとともに、水分量Qwの分だけ上記Ｆ／Ｂ制御により補正（以下「Ｆ／Ｂ補正」という。）された噴射量を一点鎖線で示している。

本実施の形態１では、図３に示すように、実線で示されるインジェクタ４０の噴射量は、一点鎖線で示されるＦ／Ｂ補正された噴射量よりも多くされる。その結果、水分割合Rwが高い場合には、多くのエタノールが燃料改質触媒３８に供給されることとなる。よって、より多くの燃料改質効果を得ることができるため、燃費効果をより向上させることができる。

以下、上記水分割合Rwの取得方法について説明する。
水分割合Rwの取得には、外部ＥＧＲが行われておらず、λ＝１の空燃比Ｆ／Ｂ制御時の要求噴射量Qtgtに対する実際の噴射量Qpの比率Rpが用いられる（下記式(3)参照）。上記システムでは、２つのインジェクタ１６，４０から噴射される燃料は同じであるため、水分割合Rwも共有することができる。

ここで、λ＝１とするために、すなわち、筒内燃焼空燃比を理論空燃比（=14.6）とするために、吸入空気量GAを用いて、インジェクタ１６に対する要求噴射量（要求エタノール量）Qtgtが算出される。ところが、インジェクタ１６から噴射されるエタノール中に水分が多く含まれる場合には、燃焼室４内に供給されるエタノール量が要求量よりも少なくなってしまう。そうすると、排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれてしまうこととなる。このような空燃比ずれを抑制するために、λ＝１のＦ／Ｂ制御が実行される。つまり、空燃比センサ出力に基づいて、吸入空気量GAから求められた要求噴射量Qtgtが補正される。補正後の実際の噴射量Qpは、アルコール中に含まれる水分量が考慮されたものである。要求噴射量Qtgtに対する実際の噴射量Qpの比率Rpは、次式(3)のように表される。さらに、実際の噴射量（つまり、インジェクタ１６からの１回の燃料噴射量）Qpに含まれるエタノール量と水分量を、それぞれ「Qe」,「Qw」とすると、次式(3)から次式(4)を得ることができる。
Rp=Qp/Qtgt・・・(3)
=(Qe+Qw)/Qe・・・(4)

さらに、上式(4)を変形することにより、水分量Qwについての次式(5)が得られる。
Qw=(Rp-1)×Qe・・・(5)

ところで、水分割合Rwは、エタノール量Qeと水分量Qwを用いると、次式(6)のように表される。さらに、次式(6)の右辺に上式(5)を代入すると、次式(7),(8)が得られる。
Rw=Qw/(Qe+Qw)・・・(6)
={(Rp-1)×Qe}/(Rp×Qe)・・・(7)
=1-(1/Rp)・・・(8)

従って、上式(8)によれば、λ＝１のＦ／Ｂ制御時の比率Rpから、水分割合Rwを算出することができる。図４は、比率Rpと水分割合Rwとの関係を示す図である。図４において、上式(8)の関係を破線Ｌ１で示すと共に、次式(9)の関係を実線Ｌ２で示している。
Rw=1-(1/Rp)-F・・・(9)

上式(9)と上式(8)との相違は、上式(9)では水分割合Rwに対して影響を与える外乱要素Fの項が考慮されている点にある。この外乱要素Fは、バッテリ電圧や外気湿度等に応じて、マップや数式により求められる。バッテリ電圧を考慮するのは、バッテリ電圧が低下すると、噴射量が変化するためである。
以下、上式(9)に従って水分割合Rwを算出する場合について説明したが、上式(8)に従って水分割合Rwを算出してもよい。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。また、図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する噴射割合制御ルーチンを示すフローチャートである。

先ず、図５に示すルーチンにより、水分割合Rwを算出する。このルーチンによれば、先ず、λ＝１のＦ／Ｂ領域であるか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００でλ＝１のＦ／Ｂ領域ではないと判別された場合、例えば、パワー増量領域である場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１００でλ＝１のＦ／Ｂ領域であると判別された場合には、上式(3)に従って、要求噴射量Qtgtに対する実際の噴射量Qpの比率Rpを算出する（ステップ１０２）。ここで、要求噴射量Qtgtは、理論空燃比（λ＝１）を実現するために、吸入空気量GAに対して最初に算出される噴射量である。また、実際の噴射量Qpは、空燃比センサ出力に基づき、燃料に含まれる水分量を考慮してＦ／Ｂ補正された噴射量である。

次に、上記ステップ１０２で算出された比率Rpが基準値１よりも大きいか否かを判別する（ステップ１０４）。この基準値１は、エタノール中に水分がある程度含まれているか否かを判別するための閾値である。よって、このステップ１０４で比率Rpが基準値１以下であると判別された場合には、エタノール中に水分が含まれていないか、もしくは、含まれているとしても著しく少ないと判断される。この場合、水分割合Rwを算出せずに、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１０４で比率Rpが基準値１よりも大きいと判別された場合には、エタノール中に水分がある程度含まれていると判断される。この場合、上記ステップ１０２で算出された比率Rpを用い、上式(9)に従って、水分割合Rwを算出する（ステップ１０６）。その後、図６に示すルーチンが起動される。

図６に示すルーチンによれば、先ず、上記ステップ１０６で算出された水分割合Rwを取得する（ステップ１１０）。その後、上記ステップ１１０で取得された水分割合Rwが基準値２よりも高いか否かを判別する（ステップ１１２）。この基準値２は、噴射割合Rrの変更が禁止される水分割合の閾値である。このステップ１１２で水分割合Rwが基準値２以下であると判別された場合には、水分割合Rwが低いため、噴射割合Rwを変更して噴射量Qrを増加させると、燃料改質触媒３８のコーキングが発生する可能性が高いと判断される。この場合、噴射割合Rrの変更をせずに、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１１２で水分割合Rwが基準値２よりも高いと判別された場合には、噴射割合Rpを変更してもよいと判断される。すなわち、噴射割合Rpを高くして噴射量Qrを増加させても、燃料中の水分に含まれる酸素の効果により、燃料改質触媒３８のコーキングの発生を回避することができると判断される。つまり、燃料改質触媒３８に供給されるエタノール量が多くなっても、燃料改質触媒３８のコーキングの発生を防ぐことができる。この場合、図２に示すような関係が定められたマップを参照して、水分割合Rwに応じた噴射割合Rrに変更する（ステップ１１４）。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、水分割合Rwが高いほど、噴射割合Rpが高く変更される。これにより、水分割合Rwが高い場合には、燃料改質触媒３８に供給されるエタノール量（実燃料量）を増やすことができる。ここで、エタノール量を増やすことで燃料改質触媒３８のコーキングが発生する可能性があるが、水分に含まれる酸素によってコーキングの発生を抑制することができる。従って、水分割合Rwが高い場合には、燃料改質触媒３８のコーキングの発生を防止しつつ、燃料改質効果を十分に高めることができ、燃費向上効果を高めることができる。
また、図５に示すルーチンによれば、λ＝１のＦ／Ｂ制御時の比率Rpを用いて水分割合Rwが算出される。これにより、アルコール燃料中に含まれる水分の割合Rwを精度良く求めることができる。

ところで、本実施の形態１では、燃料としてエタノールを用いるシステムについて説明したが、ガソリンとエタノールとの混合燃料を用いるシステムに対しても本発明を適用することができる。この場合も、混合燃料中の水分割合Rwを算出し、該水分割合Rwに基づいて噴射割合Rrを変更することで、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態１では、吸気ポート１０近傍に燃料を噴射するポートインジェクタ１６を用いているが、気筒内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタを有するシステムや、ポートインジェクタ１６と筒内インジェクタを併用するシステムに対しても本発明を適用することができる。

尚、本実施の形態１においては、内燃機関１が第１の発明における「内燃機関」に、排気管３４が第１の発明における「排気管」に、吸気管１４が第１の発明における「吸気管」に、ＥＧＲ通路３６が第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、燃料改質触媒３８が第１の発明における「燃料改質触媒」に、インジェクタ４０が第１の発明における「燃料添加手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１０６の処理を実行することにより第１の発明における「水分割合取得手段」が、ステップ１１４の処理を実行することにより第１の発明における「添加量変更手段」が、ステップ１０２の処理を実行することにより第２の発明における「比率算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［システム構成の説明］
図７は、本発明の実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。図７に示すシステムは、図１に示す排気リフォーマシステムを備えたハイブリッド車両である。本実施の形態２においては、上記排気リフォーマシステムの図示並びに詳細な説明を省略する。

図７に示すハイブリッド車両は、一の駆動源としての上記エンジン１を備えている。エンジン１は、例えば、直列４気筒型のエタノールエンジンである。このハイブリッド車両は、３軸式の動力分配機構６０を備えている。この動力分配機構６０は、例えば、遊星歯車機構である。動力分配機構６０には、上記エンジン１のほか、他の駆動源としてのモータジェネレータ（以下「ジェネレータ」という。）６２及びモータジェネレータ（以下「モータ」という。）６６が接続されている。また、動力分配機構６０には、減速機６４が接続されている。減速機６４には、車輪６８の回転軸７０が接続されている。

ジェネレータ６２とモータ６６とは共通のインバータ７２に接続されている。インバータ７２は昇圧コンバータ７４に接続され、昇圧コンバータ７４はバッテリ７６に接続されている。昇圧コンバータ７４は、バッテリ７６の電圧（例えば、ＤＣ２０１．６Ｖ）を高電圧（例えば、ＤＣ５００Ｖ）に変換するものである。インバータ７２は、昇圧コンバータ７４により昇圧された直流高電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ５００Ｖ）に変換するものである。ジェネレータ６２とモータ６６とは、インバータ７２及び昇圧コンバータ７４を介してバッテリ７６との電力のやりとりを行う。

また、上記ＥＣＵ５０には、上記の動力分配機構６０、ジェネレータ６２、減速機６４、モータ６６、インバータ７２、昇圧コンバータ７４、バッテリ７６のほか、トルクセンサ７８等が接続されている。トルクセンサ７８は、エンジン１のトルクを検出するように構成されている。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１においては、λ＝１のＦ／Ｂ制御時に算出された比率Rpを用いて、水分割合Rwが算出されている。よって、水分割合Rwを算出するタイミングは、λ＝１のＦ／Ｂ制御時に限定されてしまう。

ところで、本発明者の知見によれば、水分割合Rwが高くなると、筒内での燃焼が遅くなる。このため、図８に示すように、定常運転中のある点火時期において、水分割合Rwが高いほど、トルクが低くなる。図８は、水分割合Rwと、所定の点火時期におけるトルクとの関係を示す図である。ここで、所定の点火時期とは、例えば、Rw=0のときにＭＢＴが得られるように設定された点火時期である。

また、上記システムでは、λ＝１のＦ／Ｂ制御時に限らず、定常運転中にトルクセンサ７８によりトルクを検出することができる。

そこで、本実施の形態２では、定常運転中に、トルク低下量に基づいて水分割合Rwを推定するようにする。トルク低下量は、図９に示すように、水分割合Rwに対して相関を有している。図９は、水分割合Rwとトルク低下量との関係を示す図である。ここで、トルク低下量は、予めＥＣＵ５０内に点火時期との関係で記憶されているRw=0のときのトルクと、トルクセンサ７８により検出されたトルクとの差分を算出することによって求めることができる。

その後、この算出したトルク変化量に応じた水分割合Rwを、図９に示すような相関が定められたマップを参照して求めることができる。
そして、この求めた水分割合Rwに基づいて、上記実施の形態１と同様の方法により、噴射割合Rrを変更することができる。

従って、本実施の形態２によれば、上記実施の形態１で得られる効果に加えて、λ＝１のＦ／Ｂ制御時に限らず、定常運転中であれば、水分割合Rwを算出することができる。よって、水分割合Rwを取得する機会を増やすことができるため、噴射割合Rrを変更する機会を増やすことができるという効果を更に得ることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図１０は、本実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。
図１０に示すルーチンによれば、先ず、エンジン１が定常運転中であるか否かを判別する（ステップ１２０）。このステップ１２０で定常運転中ではないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１２０で定常運転中であると判別された場合には、現在の点火時期と、該点火時期でRw=0のときのトルクを取得する（ステップ１２２）。ここで、ＥＣＵ５０内には、点火時期との関係でRw=0のときのトルクが予め記憶されている。このステップ１２２では、現在の点火時期に対応するRw=0のときのトルクが、ＥＣＵ５０から読み出される。

次に、トルクセンサ７８により検出された現在のトルクを読み込む（ステップ１２４）。そして、上記ステップ１２２で取得されたRw=0のときのトルクと、上記ステップ１２４で読み込まれた現在のトルクとの差分を求めることによって、トルク低下量を算出する（ステップ１２６）。その後、ＥＣＵ５０内に予め格納され図９に示すようなマップを参照して、上記ステップ１２６で算出されたトルク低下量に応じた水分割合Rwを算出する（ステップ１２８）。

その後、図６に示すルーチンが起動される。これにより、上記実施の形態１と同様に、水分割合Rwが基準値２よりも高いと判別された場合には、図２に示すような関係が定められたマップを参照して、水分割合Rwに応じた噴射割合Rrに変更される。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、λ＝１のＦ／Ｂ制御時に限らず定常運転中にトルク検出を行うことができるため、トルク低下量に基づいて水分割合Rwを取得する機会を増やすことができる。このため、噴射割合Rrを変更する機会を増やすことができるという効果を更に得ることができる。

ところで、本実施の形態２では、ある点火時期のトルク低下量に基づいて水分割合Rwを求めているが、点火時期とトルクの関係から水分割合Rwを求めるようにしてもよい。
図１１は、本実施の形態２の変形例において、点火時期とトルクの関係を示す図である。図１１には、水分割合Rwが異なる場合の点火時期とトルクの関係が示されている。図１１に示すように、水分割合Rwが高いほど、燃焼が遅くなるため、当該点火時期とトルクの関係が遅角側にずれる。

そこで、本変形例では、水分割合Rwが異なる場合のそれぞれについて点火時期とトルクの関係を実験等により予め求め、それらをＥＣＵ５０内に記憶しておく。そして、定常運転中に点火時期を振って求めた点火時期とトルクの関係を、予め記憶された関係と比較することで、水分割合Rwを推定するようにする。

次に、本実施の形態２における具体的処理について説明する。
図１２は、本実施の形態２の変形例において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。
図１２に示すルーチンによれば、図１０に示すルーチンと同様に、先ず、エンジン１が定常運転中であるか否かを判別する（ステップ１２０）。そして、定常運転中である場合には、点火時期を進角側と遅角側に振って、そのときのトルクをトルクセンサ７８により検出する。そして、これにより得られた点火時期とトルクの関係をＥＣＵ５０内に記憶する（ステップ１３０）。

次に、上記ステップ１３０で記憶された点火時期とトルクの関係に基づいて、水分割合Rwを推定する（ステップ１３２）。このステップ１３２では、図１１に示すようなマップを参照して、水分割合Rwが推定される。すなわち、該マップに登録されている複数の点火時期とトルクの関係と、上記ステップ１３０で求められた点火時期とトルクの関係とを比較することで、水分割合Rwが推定される。その後、図６に示すルーチンを起動することで、水分割合Rwに応じた噴射割合Rrに変更される。

以上説明したように、本変形例によれば、定常運転中に点火時期とトルクの関係を求めることができるため、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
さらに、特定の点火時期でのトルク低下量ではなく、複数の点火時期でのトルクを検出して、点火時期とトルクの関係を求め、該関係に基づいて水分割合Rwが推定されている。よって、上記実施の形態２に比して、更に精度良く水分割合Rwを求めることができる。

ところで、上記実施の形態２及びその変形例では、トルクセンサ７８によりトルクを検出しているが、筒内圧センサ８により検出された筒内圧からトルクを推定してもよい。この場合も、トルク低下量、又は、点火時期とトルクの関係に基づいて、水分割合Rwを求めることができる。よって、上記実施の形態２及びその変形例と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施の形態２及びその変形例においては、トルクセンサ７８又は筒内圧センサ８が第３及び第４の発明における「トルク取得手段」に相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１２６の処理を実行することにより第３の発明における「トルク低下量算出手段」が、ステップ１２８の処理を実行することにより第３の発明における「水分割合取得手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより第４の発明における「点火時期変更手段」及び「関係取得手段」が、ステップ１３０及び１３２の処理を実行することにより第４の発明における「水分割合取得手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１による排気リフォーマシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、水分割合Rwと噴射割合Rrとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において、水分割合Rwとインジェクタ４０の噴射量Qrとの関係を示す図である。 比率Rpと水分割合Rwとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する噴射割合制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。 水分割合Rwと、所定の点火時期におけるトルクとの関係を示す図である。 水分割合Rwとトルク低下量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の変形例において、点火時期とトルクの関係を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例において、ＥＣＵ５０が実行する水分割合算出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１４ 吸気管
１６インジェクタ
３４ 排気管
３６ ＥＧＲ通路
３８ 燃料改質触媒
４０ インジェクタ
５０ ＥＣＵ
７８ トルクセンサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気リフォーマシステムであって、
   排気管を流れる排気ガスの一部を吸気管に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の途中に排気ガスと熱交換可能に設けられ、排気熱を利用することで改質ガスを生成可能な燃料改質触媒と、
   前記ＥＧＲ通路の前記燃料改質触媒の上流に燃料を添加する燃料添加手段と、
   前記燃料に含まれる水分の割合である水分割合を取得する水分割合取得手段と、
   前記水分割合が高い場合に、低い場合に比して、前記燃料添加手段により添加される燃料量を多くする添加量変更手段とを備えたことを特徴とする排気リフォーマシステム。
2. 請求項１に記載の排気リフォーマシステムにおいて、
   前記水分割合取得手段は、空燃比フィードバック制御がなされた実際の燃料噴射量の、吸入空気量から要求される燃料噴射量である要求噴射量に対する比率を算出する比率算出手段を有し、該比率を用いて前記水分割合を取得することを特徴とする排気リフォーマシステム。
3. 請求項１に記載の排気リフォーマシステムにおいて、
   前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段を更に備え、
   前記水分割合取得手段は、
   前記燃料に水分が含まれない場合に得られるトルクと、前記トルク取得手段により取得されたトルクとの差であるトルク低下量を算出するトルク低下量算出手段を有し、該トルク低下量に基づいて前記水分割合を取得することを特徴とする排気リフォーマシステム。
4. 請求項１に記載の排気リフォーマシステムにおいて、
   前記内燃機関のトルクを取得するトルク取得手段と、
   前記内燃機関の点火時期を変更する点火時期変更手段とを更に備え、
   前記水分割合取得手段は、
   定常運転中に前記点火時期変更手段により点火時期を変更し、変更された点火時期でのトルクを前記トルク取得手段により取得することで、点火時期とトルクの関係を取得する関係取得手段を有し、該点火時期とトルクの関係に基づいて前記水分割合を取得することを特徴とする排気リフォーマシステム。

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