JP2009097465A - 排気ガス改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出できる排気ガス改質装置を提供すること。
【解決手段】排気ガス改質装置３に、内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とより気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質室と、改質ガスを気筒の吸気通路に流入可能なガス還流通路と、通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量との差を取得する燃料噴射量低減量算出部６３と、燃料噴射量低減量算出部６３での取得結果より改質室で生成する改質ガスの量を導出する改質ガス量算出部６４とを設ける。これにより、取得した改質ガス関連運転状態より、改質室で生成する改質ガスの量を推定し、導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気ガス改質装置に関するものである。特に、この発明は、燃料を噴射した排気ガスを改質触媒に流すことにより、内燃機関で燃焼可能な改質ガスを生成する排気ガス改質装置に関するものである。

従来の内燃機関では、運転時のポンプロスの低減や冷却損失の低減を目的としてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）機構を備え、排気ガスの一部を吸気側に還流しているものがある。また、ＥＧＲ機構を備える内燃機関では、ＥＧＲ機構により吸気側に還流する排気ガスであるＥＧＲガスが増加し過ぎた場合、内燃機関の燃焼室での燃料の燃焼が不安定になる虞がある。このため、排気ガスの一部に内燃機関の運転に用いる燃料を添加し、この排気ガスを改質触媒に流すことにより、燃料及び一部の排気ガスを改質し、改質ガスを生成しているものがある。

このように、改質触媒により改質された改質ガスは、内燃機関で燃焼可能なＨ_２やＣＯを含んでいるため、ＥＧＲガスを増加させた場合でも、燃焼室内で燃焼が不安定になることを抑制することができる。つまり、ＥＧＲガスにＨ_２を導入することにより急速燃焼が可能になるため、燃焼室内での燃焼に不調を発生させることなくＥＧＲガスを増加させることができ、ポンプロスの低減などの効果を大きくすると共に、発熱量の増加により燃費を向上させることができる。

改質ガスは、このように燃料を添加した排気ガスを改質触媒に流すことにより生成するが、改質触媒で改質ガスを生成する場合には、改質触媒の温度により改質可能な燃料及び排気ガスの量が決まる。これに対し、内燃機関の運転時に必要な改質ガスの量は、内燃機関の運転状態により変化するが、改質触媒で生成する改質ガスの量が内燃機関の運転状態以外の要件によって決定される場合、改質ガスを有効的に利用できない虞がある。このため、従来の内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて還流させる改質ガスの量を調整しているものがある。

例えば、特許文献１に記載の内燃機関では、吸気通路へ還流させる排気ガスまたは改質ガスの流量を調整可能な還流流量調整手段を設け、この還流流量調整手段を、内燃機関の運転条件によって制御している。つまり、排気ガスのみを還流させる場合には、運転条件によって定められる第１のガス還流率となるように還流流量調整手段を制御し、改質ガスを還流させる場合には、第１のガス還流率よりも大きい第２のガス還流率となるように還流流量調整手段を制御する。これにより、内燃機関の運転条件に応じて改質ガスを還流させることができるため、改質ガスを、より有効的に利用することができる。

特開２００６−３７８７９号公報

しかしながら、ＥＧＲガスの量を増加させる場合に生成する改質ガスは、改質触媒の温度など様々な要因により、改質触媒で生成できる改質ガスの量が変化する。このため、改質ガスを還流させることによりＥＧＲガスの量を増加させる場合において、改質ガスが十分に生成されていない場合、内燃機関の燃焼室内で不完全燃焼や失火が発生し、内燃機関の運転に不調が生じる虞がある。

従って、改質ガスの生成量を適切に把握するのは重要であるが、改質ガスが有するＨ_２やＣＯのガスの量を即座に検出可能なセンサなどの検出手段で一般的に用いられているものはない。このため、特殊な検出手段を用いることなく、これらを即座に検出するのは大変困難なものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出できる排気ガス改質装置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、この発明に係る排気ガス改質装置は、内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段と、前記改質ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、前記内燃機関の運転時に前記気筒に対して燃料を供給可能な燃料供給手段と、前記改質手段が前記改質ガスを生成しない状態で前記燃料供給手段によって供給する前記燃料の量である通常状態燃料供給量と前記改質手段が前記改質ガスを生成した状態で前記燃料供給手段によって供給する前記燃料の量である改質状態燃料供給量とに基づいて前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する改質ガス量導出手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、内燃機関の運転時における通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量とに基づいて改質手段で生成する改質ガスの量を導出している。このうち、改質状態燃料供給量は、改質ガスの生成量が多くなるに従って燃料の供給量が少なくなり、改質ガスの生成量が少なくなるに従って燃料の供給量が多くなる。また、改質ガスが生成された場合には、改質状態燃料供給量は通常状態燃料供給量よりも少なくなるため、通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量とは、改質ガスの生成量が多くなるに従って差が大きくなり、改質ガスの生成量が少なくなるに従って差が小さくなる。通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量とは、このような関係となっているため、改質ガス量導出手段は、これらの通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量とより改質ガスの生成量を推定し、導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる。

また、この発明に係る排気ガス改質装置は、前記改質ガス量導出手段は、前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する際に、前記通常状態燃料供給量と前記改質状態燃料供給量との差と、さらに、前記燃料の発熱量と前記改質ガスの発熱量とに基づいて導出することを特徴とする。

この発明では、改質ガス量導出手段で改質ガスの生成量を導出する際に、通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量との差、及び燃料の発熱量と改質ガスの発熱量とに基づいて導出しているため、より正確に導出することができる。つまり、改質ガスの発熱量は、燃料の発熱量よりも大きいため、改質ガスの生成量を導出する際この発熱量の差も含めて導出することにより、より正確に導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。

また、この発明に係る排気ガス改質装置は、内燃機関の気筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路に設けられると共に前記排気ガスを浄化する浄化手段と、前記排気ガスと改質用燃料とより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを前記浄化手段が前記排気ガスを浄化する際の熱を利用して生成する改質手段と、前記改質ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、前記浄化手段の温度に基づいて前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する生成改質ガス量導出手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、浄化手段の温度に基づいて改質手段で生成する改質ガスの量を導出している。改質手段で改質ガスを生成する場合には、浄化手段が排気ガスを浄化する際の熱を利用して生成するが、この生成は、浄化手段の温度が高くなるに従って改質手段による改質ガスの生成量が増加する。浄化手段の温度は、このように改質ガスの生成量に影響を与えるため、生成改質ガス量導出手段は、この浄化手段の温度に基づいて改質ガスの生成量を推定し、導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる。

また、この発明に係る排気ガス改質装置は、さらに、前記改質手段で前記改質ガスを生成する際における前記改質用燃料の改質可能な量を前記浄化手段の温度より導出する改質用燃料量導出手段を備えており、前記生成改質ガス量導出手段は、前記改質用燃料量導出手段で導出した改質可能な前記改質用燃料の量より前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出することを特徴とする。

この発明では、改質手段で改質可能な改質用燃料の量を、浄化手段の温度より改質用燃料量導出手段で導出し、導出した改質可能な改質用燃料の量より、改質手段で生成する改質ガスの量を生成改質ガス量導出手段によって導出する。即ち、生成改質ガス量導出手段は、改質手段で生成する改質ガスの量を、改質手段で改質可能な改質用燃料の量を介して浄化手段の温度より導出している。このように、浄化手段の温度が変化した際に直接的に変化する、改質手段で改質可能な改質用燃料の量を介して改質手段で生成する改質ガスの量を導出することにより、改質手段で生成する改質ガスの量を、より正確に導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。

本発明に係る排気ガス改質装置は、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る排気ガス改質装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。同図に示す排気ガス改質装置３は、車両（図示省略）が有すると共に車両の運転時の原動機となる内燃機関１に備えられている。この内燃機関１は、４つの気筒５が直列に配置されており、当該内燃機関１には、気筒５内に連通すると共に気筒５内に吸入される空気が流れる通路である吸気通路１０と、気筒５内で燃料を燃焼させた後、気筒５内から排出される排気ガスが流れる排気通路２０とが接続されている。これらの吸気通路１０と排気通路２０とは、気筒５の数に合わせてそれぞれ４つの通路に分岐しており、分岐した通路が４つの気筒に対応し、気筒５内に連通して内燃機関１に接続されている。

この吸気通路１０と排気通路２０とのうち吸気通路１０には、内燃機関１の運転時に気筒５に対して燃料を供給可能な燃料供給手段であるインジェクタ１１が配設されている。このインジェクタ１１は、内燃機関１の運転時に気筒５内に燃料を噴射することにより、気筒５に対して燃料を供給可能に設けられている。また、吸気通路１０を流れる空気の流れ方向におけるインジェクタ１１の上流側には、吸気通路１０内を開閉可能なスロットルバルブ１２が配設されており、スロットルバルブ１２のさらに上流側には、吸気通路１０内を流れる空気の流量を検出可能なエアフロメータ１３が設けられている。このように形成される吸気通路１０の入口には、吸気通路１０に流入する空気の不純物を除去するエアクリーナ１４が設けられている。

また、排気通路２０には、排気ガスの成分を検出可能な排気ガス成分検出手段であるＯ_２センサ３５が設けられており、さらに、排気ガスを改質する改質器３０が備えられている。この改質器３０には、内燃機関１の気筒５内から排出された排気ガスと、この排気ガスを改質する際に排気ガスに添加する燃料である改質用燃料とより気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段である改質触媒を担持する改質室３１が内設されている。このように改質室３１が担持する改質触媒は、例えばロジウム系の触媒が用いられる。さらに、この改質室３１は、排気ガスを浄化する浄化手段である浄化触媒も担持している。これらの改質触媒と浄化触媒とは、改質触媒は改質室３１内側に担持されており、浄化触媒は、改質室３１外側に担持されている。つまり、改質室３１は、排気ガスが流れる排気通路に設けられると共に排気ガスを浄化する浄化触媒を備えており、且つ、排気ガスを改質可能な改質触媒を備えている。このように改質触媒と浄化触媒との双方を担持する改質室３１には、これらの触媒の温度、或いは改質室３１の温度である床温を検出する床温検出手段である床温センサ３６が設けられている。

また、排気通路２０は、排気通路２０内を流れる排気ガスの流れ方向における改質器３０の上流で通路が分岐しており、排気通路２０の主となる通路である排気主通路２１に対し、分岐した通路は改質用通路２２となっている。この改質用通路２２は、一端が排気主通路２１に接続され、他端が改質器３０に接続されている。このように形成される改質用通路２２には、改質用燃料を改質用通路２２内に噴射する改質用燃料インジェクタ２５が設けられている。

また、改質器３０にはガス還流通路４０が接続されており、このガス還流通路４０は、排気ガスが流れる方向において改質器３０と吸気通路１０との間に設けられている。つまり、ガス還流通路４０は、改質器３０と吸気通路１０とを接続している。このように設けられるガス還流通路４０は、改質器３０からガス還流通路４０に流れた排気ガス及び改質室３１で生成した改質ガスが、改質器３０側から吸気通路１０側に流れることができるように形成されている。即ち、ガス還流通路４０は、改質ガスを気筒５の吸気通路１０に流入可能な還流通路となっている。

また、当該ガス還流通路４０には、ガス還流通路４０を流れる排気ガスや改質ガスを冷却可能な冷却手段であるＥＧＲクーラ４１が設けられている。ＥＧＲクーラ４１は、内燃機関１を循環し、運転時の内燃機関１を冷却する冷却媒体である冷却水（図示省略）と、排気ガス及び改質ガスとの間で熱交換を行なうことができるように形成されており、排気ガス及び改質ガスは、冷却水との間で熱交換を行なうことにより温度が低下する。

また、ガス還流通路４０には、ＥＧＲクーラ４１が設けられている部分と吸気通路１０に接続されている部分との間の部分、即ち、ガス還流通路４０における吸気通路１０の近傍に、ガス還流通路４０内を開閉可能な還流流量調整バルブ４２が配設されている。

また、このように設けられるガス還流通路４０と改質用通路２２とは、双方の通路が接続される改質器３０を挟んで直線状に形成されている。詳しくは、ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に対して略直交する方向で改質器３０に接続されており、さらに、ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、改質器３０に対して互いに略対向する位置に接続されている。これにより、ガス還流通路４０と改質用通路２２とにおける改質器３０に接続されている部分は、改質器３０を挟んで直線状に形成されている。

このように形成される排気通路２０は、排気主通路２１を流れる排気ガスの流れ方向における改質器３０の下流側にも設けられている。即ち、排気通路２０は、排気ガスの流れ方向における改質器３０の上流側から下流側にかけて連通して形成されている。

また、吸気通路１０に設けられるインジェクタ１１、及び改質用通路２２に設けられた改質用燃料インジェクタ２５は、当該内燃機関１を備える車両に設けられ、内燃機関１の運転用の燃料を貯留する燃料タンク４５に接続されている。この燃料タンク４５は、燃料タンク４５内の燃料を外部に送出可能なフィードポンプ４６を備えており、燃料タンク４５内の燃料は、このフィードポンプ４６によってインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５に供給可能に設けられている。

これらのインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５、スロットルバルブ１２、還流流量調整バルブ４２、エアフロメータ１３、Ｏ_２センサ３５、床温センサ３６は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に接続されている。

図２は、図１に示す排気ガス改質装置の要部構成図である。ＥＣＵ５０には、処理部５１、記憶部７０及び入出力部７１が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ５０に接続されているスロットルバルブ１２、エアフロメータ１３、Ｏ_２センサ３５、床温センサ３６、インジェクタ１１、改質用燃料インジェクタ２５、還流流量調整バルブ４２は、入出力部７１に接続されており、入出力部７１は、これらのスロットルバルブ１２や床温センサ３６等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部７０には、実施例１に係る排気ガス改質装置３を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部７０は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。

また、処理部５１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、スロットルバルブ１２の開閉の制御が可能なスロットルバルブ制御部５２と、エアフロメータ１３での検出結果より運転中の内燃機関１の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得部５３と、を有している。

また、処理部５１は、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を制御可能な燃料噴射量制御部５４と、改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料の噴射量を制御可能な改質用燃料噴射量制御部５５と、還流流量調整バルブ４２の開閉の制御が可能な還流流量調整バルブ制御部５６と、を有している。

また、処理部５１は、内燃機関１から排出された排気ガスのうち排気通路２０側から内燃機関１に還流する還流ガスであるＥＧＲガスの量を設定するＥＧＲガス量設定部５７と、内燃機関１の運転中における所定時間あたりの内燃機関１の回転数を取得可能な回転数取得部５８と、運転中の内燃機関１に作用する負荷を取得可能な負荷取得部５９と、を有している。

また、処理部５１は、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を取得可能な燃料噴射量取得部６０と、走行中の車両の速度を取得可能な車速取得部６１と、ＥＧＲガスに改質ガスを導入しない場合におけるインジェクタ１１からの燃料の噴射量を取得可能な改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２と、を有している。

また、処理部５１は、改質室３１が改質ガスを生成しない状態でインジェクタ１１によって供給する燃料の量である通常状態燃料供給量と改質室３１が改質ガスを生成した状態でインジェクタ１１によって供給する燃料の量である改質状態燃料供給量との差を取得可能な燃料噴射量低減量算出手段である燃料噴射量低減量算出部６３と、燃料噴射量低減量算出部６３で取得した通常状態燃料供給量と改質状態燃料供給量とに基づいて改質室３１で生成する改質ガスの量を導出する改質ガス量導出手段である改質ガス量算出部６４と、を有している。

ＥＣＵ５０によって制御される排気ガス改質装置３の制御は、例えば、床温センサ３６などによる検出結果に基づいて、処理部５１が上記コンピュータプログラムを当該処理部５１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて還流流量調整バルブ４２などを作動させることにより制御する。その際に処理部５１は、適宜記憶部７０へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように排気ガス改質装置３を制御する場合には、上記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ５０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

この実施例１に係る排気ガス改質装置３は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例１に係る排気ガス改質装置３を備える内燃機関１は、運転時には車両の室内に設けられるアクセルペダル（図示省略）の開度に応じてＥＣＵ５０の処理部５１が有するスロットルバルブ制御部５２がスロットルバルブ１２の開度を制御する。これにより、吸気通路１０にはスロットルバルブ１２の開度に応じた空気が流れる。吸気通路１０に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ１３で検出し、エアフロメータ１３での検出結果をＥＣＵ５０の処理部５１が有する吸入空気量取得部５３で取得する。

吸入空気量取得部５３で取得した吸入空気量は、アクセルペダルの開度などの運転状態に関する情報と共にＥＣＵ５０の処理部５１が有する燃料噴射量制御部５４に伝達され、伝達された運転状態に関する情報に応じて燃料噴射量制御部５４によってインジェクタ１１を制御し、インジェクタ１１を作動させる。内燃機関１の運転時には、インジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５には、燃料タンク４５が備えるフィードポンプ４６によって燃料タンク４５内の燃料が供給されるため、燃料噴射量制御部５４がインジェクタ１１を作動させることにより、インジェクタ１１は、燃料噴射量制御部５４での制御に応じた燃料を吸気通路１０内に噴射する。即ち、燃料噴射量制御部５４は、インジェクタ１１から吸気通路１０内に対して噴射する燃料の噴射量を、運転状態に関する情報に応じて制御する。

このように、吸気通路１０内に対してインジェクタ１１から燃料を噴射することにより、噴射した燃料は吸気通路１０内を流れる空気と混合し、混合気となって吸気通路１０内を流れる。吸気通路１０内を流れる混合気は、分岐して形成される吸気通路１０に沿って分岐し、内燃機関１が有する４つの気筒５内に吸入される。

気筒５内に吸入された混合気は、それぞれの気筒５の燃焼行程で混合気中の燃料が燃焼し、燃焼後の排気ガスは、排気行程で気筒５内から排気通路２０に流出する。排気通路２０に排気ガスが流れた場合、排気ガスの大部分は排気通路２０の排気主通路２１を通り、改質器３０に流れて改質器３０に設けられる改質室３１に流れる。その際に、この改質室３１外側は、排気ガスを浄化可能な浄化触媒を担持しているため、改質室３１に流れた排気ガスは改質室３１によって浄化され、排気ガスの流れ方向における改質器３０の下流側に位置する排気通路２０に流れて大気に放出される。また、このように排気ガスが改質室３１外側を通過する際には、改質室３１内側には排気ガスの熱が伝達されるため、改質室３１内側は、排気ガスの熱により温度が上昇する。

一方、排気通路２０を流れる排気ガスのうち、一部の排気ガスは排気主通路２１から改質用通路２２に流れる。改質用通路２２には、このように一部の排気ガスが流れるが、この改質用通路２２には改質用燃料インジェクタ２５が設けられている。改質用燃料インジェクタ２５は、改質用通路２２内を流れる排気ガスに対して、排気ガスの改質を行なう際に用いる燃料である改質用燃料を噴射可能に設けられており、その噴射量は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する改質用燃料噴射量制御部５５によって制御可能に設けられている。なお、この改質用燃料は、内燃機関１を運転するためにインジェクタ１１から噴射する燃料と同じ燃料になっており、インジェクタ１１から噴射する燃料と同様に、燃料タンク４５が備えるフィードポンプ４６によって供給された燃料タンク４５内の燃料が、改質用燃料として改質用燃料インジェクタ２５から噴射される。

改質用燃料噴射量制御部５５によって制御される改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射した場合、改質用燃料は改質用通路２２を流れる排気ガスと混合し、混合した状態で改質器３０に流入する。このように、改質用燃料と混合した状態で改質器３０に流入した排気ガスは、改質器３０に設けられている改質室３１内側を通過する。その際に、改質室３１は排気主通路２１を流れる排気ガスの熱により温度が高くなっており、また、改質室３１内側は改質触媒を担持しているため、改質用燃料と混合した排気ガスが改質室３１内側を通過する際には、改質室３１内側は改質用燃料と混合された排気ガスに熱を与えながら通過する混合排気ガスを改質し、改質ガスを生成する。

つまり、改質室３１は、浄化触媒の作用で排気ガスを浄化する際に排気ガスから熱を受けることにより温度が上昇するが、改質触媒の作用で排気ガスを改質する際には、この熱を利用し、吸熱反応により改質する。このように、改質室３１が担持する改質触媒は、浄化触媒が排気ガスを浄化する際の熱を利用して改質ガスを生成可能に設けられている。この改質により生成した改質ガスは、水素や一酸化炭素を含んでおり、燃焼可能な気体となっている。

また、排気ガスと改質用燃料とが改質室３１によって改質されることにより生成された改質ガスは、発熱量が、改質前の改質用燃料の発熱量よりも大きくなっている。これを化学式で表すと、内燃機関１の燃料の一例であるガソリンをＣ_８Ｈ_１８とし、空気を主成分である酸素（Ｏ_２）と窒素（Ｎ_２）とからなるものとして（１２．５Ｏ_２＋４７．１Ｎ_２）とした場合に、ガソリンの燃焼は式（１）のように表すことができる。即ち、式（１）における左辺は、燃焼前のガソリンと空気とを表しており、式（１）の右辺は、ガソリンが燃焼した後の排気ガスを表している。この式（１）に示すように、ガソリンが燃焼した場合には、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とを発生する。
Ｃ_８Ｈ_１８＋１２．５Ｏ_２＋４７．１Ｎ_２→８ＣＯ_２＋９Ｈ_２Ｏ＋４７．１Ｎ_２・・・（１）

これに対し、改質室３１によってガソリンと排気ガスとを改質する場合は、式（１）の右辺で示す排気ガスのモル数を、ガソリンを表すＣ_８Ｈ_１８のモル数と合わせて変換することにより、式（２）のように表すことができる。即ち、式（２）における左辺は、改質前のガソリンと排気ガスとを表しており、式（２）の右辺は、ガソリンと排気ガスとを改質した後の改質ガスを表している。ガソリンと排気ガスとを改質した場合には、式（２）に示すように、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成される。
Ｃ_８Ｈ_１８＋３．８ＣＯ_２＋４．２Ｈ_２Ｏ＋２２．１Ｎ_２→１３．２Ｈ_２＋１１．８ＣＯ＋２２．１Ｎ_２・・・（２）

さらに、この改質ガスが燃焼する場合における化学式は、式（３）のように表すことができる。式（３）の左辺は、燃焼前の改質ガスと空気とを表しており、式（３）の右辺は、改質ガスの燃焼後の状態を表している。
１３．２Ｈ_２＋１１．８ＣＯ＋２２．１Ｎ_２＋１２．５Ｏ_２＋４７．１Ｎ_２→１１．８ＣＯ_２＋１３．２Ｈ_２Ｏ＋６９．２Ｎ_２・・・（３）

このように、排気ガスとガソリンとを改質室３１で改質した場合、燃焼可能な改質ガスになる。即ち、改質ガスは、燃焼可能な水素と一酸化炭素とを含んでいるため、燃焼可能な気体になっているが、このガソリンと水素と一酸化炭素との発熱量を、等モルにおける低位発熱量で示すと、
Ｃ_８Ｈ_１８（ガソリン）→低位発熱量＝５１１６［ｋＪ／ｍｏｌ］
Ｈ_２（水素）→低位発熱量＝２４２［ｋＪ／ｍｏｌ］
ＣＯ（一酸化炭素）→低位発熱量＝２８３［ｋＪ／ｍｏｌ］
になる。それぞれの発熱量はこのようになっているため、水素と一酸化炭素の発熱量を、改質ガスの化学式、即ち、式（２）、式（３）の（１３．２Ｈ_２＋１１．８ＣＯ）に代入することにより、式（４）で示すように、改質ガスの発熱量を求めることができる。
１３．２×２４２＋１１．８×２８３＝６５３４［ｋＪ／ｍｏｌ］・・・（４）

このように、ガソリンと改質ガスとを、等モルの発熱量を比較した場合、ガソリンの発熱量は５１１６［ｋＪ／ｍｏｌ］であるのに対し、改質ガスの発熱量は６５３４［ｋＪ／ｍｏｌ］になるため、ガソリンの発熱量よりも改質ガスの発熱量の方が１４１８［ｋＪ／ｍｏｌ］高くなる。従って、改質用燃料と排気ガスとを改質室３１で改質することにより、発熱量は約２７．７％増加する。

改質室３１では、このように排気ガスと改質用燃料とを改質して改質ガスを生成するが、改質室３１で生成した改質ガス、及び改質ガスに改質されずに改質室３１を通過する排気ガスは、内燃機関１に還流する還流ガスであるＥＧＲガスとして、ガス還流通路４０に流れる。ガス還流通路４０に流れたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４１を通過する。その際に、ＥＧＲクーラ４１は、ＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換を行なわせる。これにより、ＥＧＲガスは、温度が低下する。

ＥＧＲクーラ４１によって温度が低下したＥＧＲガスは、さらにガス還流通路４０を流れ、還流流量調整バルブ４２の方向に向かう。この還流流量調整バルブ４２は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する還流流量調整バルブ制御部５６によって制御可能に設けられており、還流流量調整バルブ制御部５６は、還流流量調整バルブ４２を制御することにより還流流量調整バルブ４２の開度を調整する。

ここで、還流流量調整バルブ４２が設けられるガス還流通路４０は、吸気通路１０に接続されているが、吸気通路１０内を流れる空気とガス還流通路４０内を流れるＥＧＲガスとでは、ガス還流通路４０内を流れるＥＧＲガスの方が圧力が高くなっている。このため、吸気通路１０とガス還流通路４０とが連通した状態では、ガス還流通路４０内を流れるＥＧＲガスは、吸気通路１０内に流入する。

従って、還流流量調整バルブ制御部５６によって還流流量調整バルブ４２を制御し、還流流量調整バルブ４２の開度を大きくした場合には、ガス還流通路４０内を流れるＥＧＲガスの吸気通路１０内への流入量は多くなり、還流流量調整バルブ４２の開度を小さくした場合には、吸気通路１０内へのＥＧＲガスの流入量は少なくなる。

吸気通路１０には、このように還流流量調整バルブ４２の開度に応じた量のＥＧＲガスが流れるが、これらのＥＧＲガスは、内燃機関１の運転時には吸気通路１０内を流れる空気と共に内燃機関１の気筒５内に吸入される。これにより、内燃機関１を任意の出力で運転する際に、スロットルバルブ１２の開度を小さくした場合でも、ＥＧＲガスが気筒５内に流れるため吸入行程における負圧が小さくなり、ポンプロスが低減する。また、ＥＧＲガスを気筒５内に吸入させることにより、吸気通路１０から吸入した混合気を燃焼させた場合でも燃焼温度が低下するため、ＮＯｘ（窒素酸化物）が減少する。

また、ＥＧＲガスを気筒５内に吸入させた場合には、このように燃焼温度が低下するため、燃料を燃焼させることにより発生した熱に対して、冷却水で冷却する熱の割合が低下する。このため、燃料を燃焼させた際に、燃焼時の全エネルギーのうち内燃機関１を運転させるエネルギーとして使用できるエネルギーの割合が増加するため、燃費が向上する。

また、このＥＧＲガスには、改質ガスが含まれており、さらに改質ガスには、水素や一酸化炭素などの燃焼可能なガスが含まれている。このため、ＥＧＲガスが流入した気筒５内で燃料が燃焼する場合には、燃料と共に改質ガスも燃焼する。特に、水素は急速燃焼をするガスであるため、水素が燃焼する際には、気筒５内の水素は急速な燃焼速度で燃焼する。また、これらのように気筒５内で燃焼する改質ガスは、燃料であるガソリンよりも発熱量が高いため、改質ガスが燃焼した際には、内燃機関１の出力は増加する。従って、ＥＧＲガスに含まれる改質ガスを燃焼させる場合において、内燃機関１の出力を一定にする場合には、改質ガスを燃焼させない場合と比較してスロットルバルブ１２は閉じ、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を低減させる。

また、このように、改質ガスが含まれるＥＧＲガスを還流させる場合には、改質室３１で生成する改質ガスの量を導出する。改質ガスの生成量の導出は、改質ガスを導入する場合と改質ガスを導入しない場合とでインジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量が異なるため、この噴射量の差に基づいて導出する。即ち、インジェクタ１１から噴射する燃料の発熱量と、改質ガスの発熱量とでは、改質ガスの発熱量の方が大きくなっており、発熱量が大きい改質ガスの割合が多くなった場合には、内燃機関１の出力は大きくなる。このため、内燃機関１の出力とインジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量とを比較することにより、改質室３１で生成する改質ガスの量を導出することができる。

この導出は、具体的には、車両の定速走行中にＥＧＲガスに改質ガスを導入し、この場合におけるインジェクタ１１からの燃料の噴射量と、仮に同じ走行条件で改質ガスを導入しない場合におけるインジェクタ１１からの燃料の噴射量とを比較する。改質ガスを導入した場合には内燃機関１の出力は向上するが、改質ガスを導入した場合と導入しない場合とで同じ速度で車両を定速走行させる場合には、改質ガスを導入した場合と導入しない場合とで内燃機関１の出力を一定にする。このため、改質ガスを導入する場合においてインジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量は、改質ガスを導入しない場合においてインジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量よりも低減する。

インジェクタ１１から噴射する燃料の発熱量と、改質ガスの発熱量とは、式（１）〜（４）により１モルあたりの発熱量を算出することができるため、この発熱量と、インジェクタ１１から噴射する燃料の低減量とより、改質ガスの生成量を算出することができる。改質ガスの生成量を算出した場合には、その生成量に応じて内燃機関１に吸入させるＥＧＲガスの量を増加させる。

これらのようにＥＧＲガスを増加させた場合には、燃費が向上し、ＥＧＲガスに改質ガスを導入した場合には、発熱量の増加により燃費はさらに向上するが、次に、このＥＧＲガスの量の変化と燃費との関係について説明する。図３は、ＥＧＲ率と燃料消費率との関係を示す説明図である。同図における横軸は、内燃機関１に吸気されるガス中におけるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を示しており、縦軸は、所定の単位時間における燃料の消費量である燃料消費率を示している。

ＥＧＲ率を大きくした場合には、内燃機関１の運転時のポンプロスを低減させたり冷却損失を低減させたりすることができるが、ＥＧＲ率が大き過ぎる場合には燃焼が不安定になるため、内燃機関１の所定出力を得るには、燃料を多く噴射する必要がある。このため、燃料消費率は、図３の改質ガス未導入時特性８０で示すように、所定の範囲内でＥＧＲ率を大きくすることにより向上し、ＥＲＧ率が大きくなり過ぎると燃料消費率は低下する。このように、ＥＧＲ率を変化させた場合において最も燃料消費率が良い状態のＥＧＲ率は、ＥＲＧリミット８２となっている。

また、ＥＧＲガスに改質ガスを導入した場合には、改質ガスの発熱量はインジェクタ１１から噴射する燃料の発熱量よりも高いため、図３の改質ガス導入時特性８１で示すように、燃料消費率は、改質ガスを導入しない場合、即ち改質ガス未導入時特性８０よりも向上する。

また、ＥＧＲガスに改質ガスを導入した場合には、改質ガスに含まれるＨ_２の急速燃焼によりＥＧＲガスを増加させた場合における不完全燃焼を抑制できるため、改質ガス導入時特性８１で示すように、内燃機関１に吸入させるＥＧＲガスの量を増加することができる。これにより、内燃機関１の運転時のポンプロスや冷却損失は、より低減するため、燃料消費率は、より向上する。また、これらにより、改質ガス導入時特性８１のＥＧＲリミット８２は、改質ガス未導入時特性８０のＥＧＲリミット８２よりも燃費消費率が良く、ＥＧＲ率が大きい側に移動する。

図４は、本発明の実施例１に係る排気ガス改質装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例１に係る排気ガス改質装置３の制御方法、即ち、当該排気ガス改質装置３の処理手順について説明する。実施例１に係る排気ガス改質装置３の処理手順では、まず、改質ガスを導入する運転条件で、内燃機関１の回転数と負荷とからベースのＥＧＲガス量を設定する（ステップＳＴ１０１）。このうち、内燃機関１の回転数は、内燃機関１に備えられるクランク角センサ（図示省略）などによる検出結果が、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する回転数取得部５８に伝達されることにより、この回転数取得部５８で取得する。また、内燃機関１の負荷は、エアフロメータ１３での検出結果や、スロットルバルブ１２の開度を検出するスロットル開度センサ（図示省略）の検出結果などがＥＣＵ５０の処理部５１が有する負荷取得部５９に伝達されることにより、この負荷取得部５９で取得する。

さらに、これらの回転数や負荷が、ＥＣＵ５０の処理部５１が有するＥＧＲガス量設定部５７に伝達され、ＥＧＲガス量設定部５７で、これらの回転数や負荷より、ＥＧＲガスに改質ガスを導入する際におけるベースとなるＥＧＲガス量を設定する。即ち、ＥＧＲガス量設定部５７で、ＥＧＲガスに改質ガスを導入する運転条件において、取得した回転数や負荷に適したＥＧＲガス量を設定する。

次に、改質室床温より燃料噴射量分の改質用燃料を噴射する（ステップＳＴ１０２）。この改質用燃料の噴射は、床温センサ３６で検出した改質室３１の床温が、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する改質用燃料噴射量制御部５５に伝達され、改質用燃料噴射量制御部５５で改質用燃料インジェクタ２５を制御することにより改質用燃料を噴射する。

ここで、改質室３１の床温と、改質室３１による改質用燃料の改質との関係について説明する。図５は、改質室の床温と全体の燃料噴射量に対する改質用燃料の噴射量の割合との関係を示す説明図である。同図における横軸は、改質室３１の床温を示しており、縦軸は、インジェクタ１１から噴射する燃料と改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料とを合わせた噴射量中における改質量燃料の噴射量の割合を示している。改質室３１が担持する改質触媒は、温度が高くなるに従って活性化し、より多くの改質用燃料を改質ガスに改質可能になっている。

詳しくは、改質室３１は、図５に示すように床温が概ね３００℃以上の場合に改質可能になっており、床温が概ね３００℃以上の場合に、全体の燃料噴射量に対して所定の割合以下の改質用燃料を改質可能な制御域８５を有している。この制御域８５における改質用燃料の割合の上限値以上となる改質用燃料の割合の領域は、改質用燃料を改質することが不可能な領域である改質不可領域８６となっている。また、制御域８５における改質用燃料の割合の上限値は、床温が高くなるに従って高くなっている。つまり、改質室３１は、床温が高くなるに従って、より多くの改質用燃料を改質可能になっている。

改質室３１の床温と、改質室３１による改質用燃料の改質とは、このような関係になっているが、この関係は、マップとなって予めＥＣＵ５０の記憶部７０に記憶されている。改質用燃料噴射量制御部５５は、記憶部７０に記憶されたこのマップと、床温センサ３６で検出した床温とより改質可能な改質用燃料の量を導出し、改質用燃料インジェクタ２５を制御することにより導出した改質用燃料の量で改質用燃料を噴射する。

次に、改質ガス導入後に定速走行運転した状態における燃料噴射量を低減する（ステップＳＴ１０３）。この燃料噴射量の低減は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する燃料噴射量制御部５４で行なう。燃料噴射量制御部５４は、改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射した状態で、所定の定速走行運転になるインジェクタ１１からの燃料の噴射量を導出する。さらに、インジェクタ１１に制御信号を送信して制御することにより、導出した噴射量でインジェクタ１１から燃料を噴射する。つまり、燃料噴射量制御部５４は、改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射した状態で内燃機関１が所望の運転状態になるように、回転数取得部５８で取得した回転数及び負荷取得部５９で取得した負荷が所望の回転数及び負荷になる燃料の噴射量を算出する。即ち、燃料噴射量制御部５４は、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を、改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料の噴射することに伴って低減して算出する。

次に、改質ガスを導入した状態における定速走行時の燃料噴射量及び車速Ｓを取得する（ステップＳＴ１０４）。これらの取得は、各センサ類で検出した検出結果がＥＣＵ５０に伝達されることにより、ＥＣＵ５０によって取得する。詳しく説明すると、燃料噴射量は、燃料噴射量制御部５４からインジェクタ１１に伝達される制御信号が、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する燃料噴射量取得部６０にも伝達され、この燃料噴射量取得部６０で取得する。この場合に取得される燃料噴射量は、改質ガスを導入した状態におけるインジェクタ１１の燃料噴射量となっているため、換言すると、燃料噴射量取得部６０は、改質室３１が改質ガスを生成した状態でインジェクタ１１によって供給する燃料の量である改質状態燃料供給量、即ち、改質状態燃料噴射量を取得する。

また、車速Ｓは、車両が有する自動変速機（図示省略）の出力軸等に設けられる車速センサ（図示省略）が当該出力軸等の回転を検出し、検出した結果がＥＣＵ５０の処理部５１が有する車速取得部６１に伝達されることにより、この回転を介して取得する。これらにより、燃料噴射量取得部６０及び車速取得部６１は、内燃機関１に改質ガスを導入し、車両が定速走行で走行している状態における改質状態燃料噴射量及び車速Ｓを取得する。

次に、改質ガスを導入していない状態で、車速取得部６１で取得した車速Ｓで定速走行をした場合における燃料噴射量を取得する（ステップＳＴ１０５）。この取得は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２で取得する。ここで、ＥＣＵ５０の記憶部７０には、予め、改質ガスを導入しない状態における車速と燃料の噴射量との関係を示すマップが記憶されている。改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２は、車速取得部６１で取得した車速Ｓと、記憶部７０に記憶されたマップとより、改質ガスを導入してしない状態で車両が車速Ｓで定速走行をしていると仮定した場合における燃料噴射量を取得する。この場合に取得される燃料噴射量は、改質ガスを導入しない状態におけるインジェクタ１１の燃料噴射量となっているため、換言すると、改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２は、改質室３１が改質ガスを生成しない状態でインジェクタ１１によって供給する燃料の量である通常状態燃料供給量、即ち、通常状態燃料噴射量を取得する。

次に、改質ガスを導入しない状態での燃料噴射量に対する改質ガスを導入した状態での燃料噴射量の低減量を算出する（ステップＳＴ１０６）。この算出は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する燃料噴射量低減量算出部６３が、改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２で取得した改質ガスを導入しない状態における燃料噴射量である通常状態燃料噴射量と、燃料噴射量取得部６０で取得した改質ガスを導入した状態における燃料噴射量である改質状態燃料噴射量とを比較する。これにより、通常状態燃料噴射量から改質状態燃料噴射量を減算し、通常状態燃料噴射量に対する改質状態燃料噴射量の低減量を算出する。

次に、算出した燃料噴射量の低減量を発熱量換算して改質ガス量を算出する（ステップＳＴ１０７）。この算出は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する改質ガス量算出部６４で算出する。インジェクタ１１から噴射される燃料の所定量あたりの発熱量、及び改質室３１で生成される改質ガスの所定量あたりの発熱量は、共に一定となっており、さらに、取得した２種類の燃料噴射量、即ち改質ガスを導入した状態の燃料噴射量と改質ガスを導入していない状態の燃料噴射量とは、定速走行時における噴射量となっている。このため、２種類の燃料噴射量で燃料を噴射して運転している内燃機関１の出力は一定となっている。

このため、改質ガスを導入していない状態の燃料噴射量に対して改質ガスを導入した状態の燃料噴射量が低減した分の燃料の発熱量は、改質ガスを導入した際における改質ガスの発熱量と等しくなっている。従って、改質ガス量算出部６４は、燃料噴射量低減量算出部６３で算出した燃料噴射量の低減量より、低減した分の燃料の発熱量を算出し、算出した発熱量より、この発熱量を有する改質ガス量を算出する。具体的には、改質ガス量算出部６４は、燃料噴射量低減分の発熱量を算出する際には、まず、燃料の噴射量低減分の発熱量を算出し、燃圧、燃温等より換算して低減分のモル数を算出する。さらに、このモル数に対する発熱量を算出することにより、燃料噴射量低減分の発熱量を算出する。

次に、改質ガス量の算出は、上述した式（１）〜（４）に基づき算出した発熱量の増加分（１４１８［ｋＪ／ｍｏｌ］）で、燃料噴射量低減分のモル数に対する発熱量を除算し、改質用燃料の量を算出する。さらに、式（２）より、改質用燃料の１モルに対し１３．２モルのＨ_２及び１１．８モルのＣＯが生成されているはずなので、これにより改質ガスの総生成量を算出する。つまり、改質ガス量算出部６４は、改質ガスを導入していない状態の燃料噴射量であり、燃料噴射量低減量算出部６３で取得した燃料噴射量である通常状態燃料噴射量と、改質ガスを導入した状態の燃料噴射量である改質状態燃料噴射量との差に基づいて、改質室３１で生成する改質ガスの量を算出する。

次に、改質ガスの導入に伴い増加可能なＥＧＲガスの増加させる、及び燃料噴射量が低減することに伴い改質用燃料を増加させる（ステップＳＴ１０８）。つまり、改質ガスを導入することにより、内燃機関１に吸気させるＥＧＲガスを増加させることができるので、改質ガスの導入に伴い増加させることができるＥＧＲガスの量を増加させる。また、ＥＧＲガスの量を増加させることにより、インジェクタ１１から噴射させる燃料の噴射量が低減するため、この低減に伴い、改質用燃料インジェクタ２５から噴射させる改質用燃料の噴射量を増加させる。

これらの制御は、ＥＧＲガスの量の増加については、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する還流流量調整バルブ制御部５６で行なう。還流流量調整バルブ制御部５６には、改質ガス量算出部６４で算出した改質ガスの生成量が伝達され、還流流量調整バルブ制御部５６は、伝達された改質ガスの生成量に基づいて、改質ガスの導入に伴い増加させることのできるＥＧＲガスの量を導出する。さらに、還流流量調整バルブ制御部５６は、導出したＥＧＲガスの量に応じて還流流量調整バルブ４２の開度を決定し、還流流量調整バルブ４２を制御する。

また、改質用燃料の噴射量を増加させる制御は、ＥＣＵ５０の処理部５１が有する改質用燃料噴射量制御部５５で行なう。改質用燃料噴射量制御部５５には、還流流量調整バルブ制御部５６で導出したＥＧＲガスの量が伝達され、この改質用燃料噴射量制御部５５は、ＥＧＲガスの量の増加に伴うインジェクタ１１から噴射する燃料の変化と、床温センサ３６で検出した改質室３１の床温とより、改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料を導出する。即ち、改質用燃料噴射量制御部５５は、改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料を増加させる。これにより、改質室３１でより多くの排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができるため、改質室３１で生成する改質ガス量が増加する。実施例１に係る排気ガス改質装置３では、上述した処理手順でフィードバックしながら最適制御を行なう。

以上の排気ガス改質装置３は、内燃機関１の運転時における通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量とに基づいて改質室３１で生成する改質ガスの量を導出している。このうち、改質状態燃料噴射量は、改質ガスの生成量が多くなるに従ってインジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量が少なくなり、改質ガスの生成量が少なくなるに従って燃料の噴射量が多くなる。また、改質ガスが生成された場合には、改質状態燃料噴射量は通常状態燃料噴射量よりも少なくなるため、通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量とは、改質ガスの生成量が多くなるに従って差が大きくなり、改質ガスの生成量が少なくなるに従って差が小さくなる。通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量とは、このような関係となっているため、改質ガス量算出部６４は、これらの通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量とより改質ガスの生成量を推定し、導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる。

また、これにより、燃料噴射量やＥＧＲガスの量を最適に制御することができる。また、これらのように特殊なセンサなどの検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を検出できるため、信頼性やロバスト性の向上を図ることができ、さらに、特殊な検出手段を用いることがないためコストの低減を図ることができる。

また、改質ガス量算出部６４は、改質ガスの生成量を導出する際に、通常状態燃料噴射量と改質状態燃料噴射量との差、及び燃料の発熱量と改質ガスの発熱量とに基づいて導出している。このため、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。つまり、改質ガスの発熱量は、燃料の発熱量よりも大きいため、改質ガスの生成量を導出する際この発熱量の差も含めて導出することにより、より正確に導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。

実施例２に係る排気ガス改質装置は、実施例１に係る排気ガス改質装置と略同様の構成であるが、改質ガスの生成量を導出する際に、改質室の床温より導出している点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。図６は、実施例２に係る排気ガス改質装置の要部構成図である。実施例２に係る排気ガス改質装置９０は、実施例１に係る排気ガス改質装置３と同様に内燃機関１に備えられており、排気通路２０は、改質用燃料インジェクタ２５が設けられた改質用通路２２を有している（図１参照）。また、排気通路２０には、改質触媒及び浄化触媒を担持した改質室３１を内設すると共にガス還流通路４０が接続された改質器３０が設けられており、改質器３０に接続されたガス還流通路４０は、改質器３０に接続されている側の端部の反対側に位置する端部が吸気通路１０に接続されている。また、ガス還流通路４０には、当該ガス還流通路４０内を開閉可能な還流流量調整バルブ４２が設けられている。

また、この実施例２に係る排気ガス改質装置９０が有するＥＣＵ１００は、実施例１に係る排気ガス改質装置３が有するＥＣＵ５０と同様に処理部５１と記憶部７０と入出力部７１とを有している。このうち、処理部５１は、少なくともスロットルバルブ制御部５２と、吸入空気量取得部５３と、燃料噴射量制御部５４と、改質用燃料噴射量制御部５５と、還流流量調整バルブ制御部５６と、回転数取得部５８と、負荷取得部５９と、を有している。

また、処理部５１は、床温センサ３６での検出結果より改質室３１の床温を取得可能な床温取得部１０１と、床温取得部１０１で取得した床温が改質可能条件以上であるかを判定する床温判定部１０２と、回転数取得部５８で取得した運転中の内燃機関１の回転数及び負荷取得部５９で取得した運転中の内燃機関１の負荷とより、基本となるＥＧＲガスの量である基本ＥＧＲ量を選定する基本ＥＧＲ量選定部１０３と、を有している。

さらに、この処理部５１は、基本ＥＧＲ量選定部１０３で選定した基本ＥＧＲ量と床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温とより改質室３１で改質可能な改質用燃料の噴射量を算出する改質可能燃料噴射量算出部１０４と、改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出した改質用燃料の噴射量より、この改質用燃料の噴射量で生成される改質ガス量を算出する生成改質ガス量算出部１０５と、生成改質ガス量算出部１０５で算出した改質ガス量より、ＥＧＲガスに改質ガスを導入することにより増加可能なＥＧＲ量を算出する増加可能ＥＧＲ量算出部１０６と、を有している。

この実施例２に係る排気ガス改質装置９０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例２に係る排気ガス改質装置９０を備える内燃機関１の運転時には、アクセルペダルの開度に応じてスロットルバルブ制御部５２でスロットルバルブ１２の開度を制御することにより、スロットルバルブ１２の開度に応じた量の空気が吸気通路１０に流れる。吸気通路１０を流れる吸入空気量は、吸気通路１０に設けられるエアフロメータ１３で検出し、検出結果を吸入空気量取得部５３で取得する。

また、吸気通路１０にはインジェクタ１１が設けられており、このインジェクタ１１を燃料噴射量制御部５４で制御することにより、吸入空気量取得部５３で取得した吸入空気量に基づいた量の燃料をインジェクタ１１から噴射する。インジェクタ１１から燃料が噴射された場合、燃料は吸気通路１０内を流れる空気と混合し、混合気の状態で内燃機関１の各気筒５内に吸気される。

気筒５内に吸気された混合気は、気筒５の燃焼行程で燃焼し、燃焼後のガスが排気ガスとなって排気行程で各気筒５内から排気通路２０に流れる。排気通路２０に流れた排気ガスは、排気主通路２１と改質用通路２２に流れる。このうち、排気主通路２１に流れた排気ガスは、改質器３０内の改質室３１を通過し、浄化触媒を担持する改質室３１によって浄化される。その際に、改質室３１は排気ガスの熱によって温度が上昇する。

また、改質用通路２２には改質用燃料インジェクタ２５が設けられており、内燃機関１の運転状態に応じて改質用燃料噴射量制御部５５で改質用燃料インジェクタ２５を制御することにより、改質用燃料インジェクタ２５は改質用通路２２を流れる排気ガスに対して改質用燃料を噴射する。

改質用通路２２に改質用燃料を噴射した場合における排気ガスが、改質室３１に流れる際には、排気ガスと改質用燃料とが混合した状態で流れる。このように改質用燃料と混合した排気ガスが改質室３１を通過すると、改質触媒を担持する改質室３１は排気ガスに熱を与えながら排気ガスを改質し、改質ガスを生成する。

改質室３１により生成された改質ガスは、ＥＧＲガスとしてガス還流通路４０を流れ、還流流量調整バルブ制御部５６で還流流量調整バルブ４２の開度を調整することにより流量が調整されて、吸気通路１０に流れる。吸気通路１０に流れた改質ガスを含むＥＧＲガスは、吸気通路１０を流れる空気と燃料との混合気と共に内燃機関１に吸入される。改質ガスを含む混合気が内燃機関１に吸入された場合、改質ガスは混合気中の燃料と共に内燃機関１の気筒５内で燃焼し、燃焼後の排気ガスが排気通路２０に流れる。

このように、内燃機関１の運転時には、気筒５内で燃焼可能な改質ガスを改質室３１で生成するが、改質用燃料が混合した排気ガスを改質室３１で改質して改質ガスを生成する場合、改質室３１の熱を排気ガスに吸熱させることにより生成する。このため、改質室３１で生成する改質ガスの生成量は、改質室３１の温度に応じて変化するが、実施例２に係る排気ガス改質装置９０では、床温センサ３６で床温を検出し、検出した床温に応じて内燃機関１に吸気させるＥＧＲガスの量を決定している。

詳しくは、床温センサ３６で検出した床温を床温取得部１０１で取得し、取得した床温より、改質室３１で改質可能な燃料の噴射量である改質可能燃料噴射量を改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出する。さらに、生成改質ガス量算出部１０５で、改質用燃料の噴射量により生成される改質ガス量を算出し、算出した改質ガス量より、増加できるＥＧＲ量を増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出する。

還流流量調整バルブ制御部５６は、増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出したＥＧＲ量のＥＧＲガスが吸気通路１０に流れる開度になるように、還流流量調整バルブ４２を制御して開度を調整する。これにより、改質ガスは改質室３１の床温に応じた量で生成され、ＥＧＲガスの量は、生成される改質ガスにより増加可能な量で吸気側に導入する。つまり、改質室の床温に基づいて改質ガスの生成量を算出し、この改質ガスの生成量に基づいてＥＧＲガスの量を導出することにより、改質ガスをＥＧＲガスに導入する前にＥＧＲガスの量を推定し、制御する。

図７は、本発明の実施例２に係る排気ガス改質装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例２に係る排気ガス改質装置９０の制御方法、即ち、当該排気ガス改質装置９０の処理手順について説明する。実施例２に係る排気ガス改質装置９０の処理手順では、まず、改質室３１の床温を取得する（ステップＳＴ２０１）。この取得は、床温センサ３６で検出した改質室３１の床温がＥＣＵ１００の処理部５１が有する床温取得部１０１に伝達され、床温取得部１０１で取得する。

次に、改質室３１の床温は改質可能条件以上であるかを判定する（ステップＳＴ２０２）。この判定は、床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する床温判定部１０２で、改質可能条件以上であるかを判定する。つまり、改質室３１は、図５に示すように床温が所定の温度以上の場合に排気ガスを改質可能になっており、この温度は、改質可能温度として予めＥＣＵ１００の記憶部７０に記憶されている。床温判定部１０２は、床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温と、記憶部７０に記憶された改質可能温度とを比較し、改質室３１の床温は改質可能条件以上であるかを判定する。床温判定部１０２での判定により、床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温は改質可能温度よりも低く、改質可能条件未満であると判定された場合には、この処理手順から抜け出る。

これに対し、床温判定部１０２での判定により、床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温は改質可能温度よりも高く、改質可能条件以上であると判定された場合には、運転条件のＥＧＲマップから基本ＥＧＲ量を選定する（ステップＳＴ２０３）。詳しくは、実施例１に係る排気ガス改質装置３で運転中の内燃機関１の回転数や負荷を取得するのと同様に、まずＥＣＵ１００の処理部５１が有する回転数取得部５８で回転数を取得し、負荷取得部５９で負荷を取得する。

さらに、これらの回転数や負荷が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する基本ＥＧＲ量選定部１０３に伝達され、基本ＥＧＲ量選定部１０３で、これらの回転数や負荷より、基本となるＥＧＲガスの量であるＥＧＲ量を選定する。このように基本ＥＧＲ量選定部１０３でＥＧＲ量を選定する際には、予めＥＣＵ１００の記憶部７０に記憶されている内燃機関１の回転数と負荷とからなる運転条件と、この運転条件に適したＥＧＲ量との関係を示すマップより、回転数取得部５８で取得した回転数、及び負荷取得部５９で取得した負荷とに適したＥＧＲ量を選定する。

次に、床温から改質可能燃料噴射量を算出する（ステップＳＴ２０４）。この算出は、基本ＥＧＲ量選定部１０３で選定した基本ＥＧＲ量が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する改質可能燃料噴射量算出部１０４に伝達され、この改質可能燃料噴射量算出部１０４で、改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料の噴射量を算出する。改質可能燃料噴射量算出部１０４で改質可能燃料噴射量を算出する際には、予めＥＣＵ１００の記憶部７０にされている、改質室３１の床温と改質可能燃料噴射量との関係を示すマップに、床温取得部１０１で取得した床温を当てはめる。これにより、改質室３１の床温が、床温取得部１０１で取得した床温の場合に改質可能な改質用燃料の噴射量を算出する。つまり、改質可能燃料噴射量算出部１０４は、改質室３１で改質ガスを生成する際における改質用燃料の改質可能な量を、床温取得部１０１で取得した改質室３１の床温より導出する改質用燃料量導出手段となっている。

次に、噴射した改質用燃料により生成される改質ガス量を算出する（ステップＳＴ２０５）。この算出は、改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出した改質用燃料の噴射量が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する生成改質ガス量算出部１０５に伝達され、この生成改質ガス量算出部１０５で、改質用燃料の噴射量により生成される改質ガス量を算出する。この改質用燃料の噴射量と改質ガス量とは、上述した式（２）の関係になっているため、改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出した改質用燃料の噴射量と式（２）とより、改質用燃料の噴射量により生成される改質ガス量を算出する。つまり、生成改質ガス量算出部１０５は、改質可能燃料噴射量算出部１０４で導出した改質可能な改質用燃料の量より改質室３１で生成する改質ガスの量を導出する。

改質用燃料の噴射量により生成される改質ガス量は、このように改質用燃料の噴射量より算出し、改質用燃料の噴射量は、床温取得部１０１で取得した床温より改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出する。このため、換言すると生成改質ガス量算出部１０５は、床温取得部１０１で取得した床温に基づいて改質室３１で生成する改質ガスの量を導出する生成改質ガス量導出手段となっている。

次に、算出した改質ガス量より、増加できるＥＧＲ量を算出する（ステップＳＴ２０６）。この算出は、生成改質ガス量算出部１０５で算出した改質ガス量が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する増加可能ＥＧＲ量算出部１０６に伝達され、この増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で、ＥＧＲガスに改質ガスを導入することにより増加可能なＥＧＲ量を算出する。

ここで、これらのＥＧＲガスと改質ガスとの関係は、図３に示すように、ＥＧＲガスに改質ガスを導入しない場合（改質ガス未導入時特性８０）と比較して、ＥＧＲガスに改質ガスを導入した場合（改質ガス導入時特性８１）の方が、ＥＧＲリミット８２のＥＧＲ率が大きくなるため、内燃機関１に吸入させるＥＧＲガスの量を増加することができる関係となっている。ＥＣＵ１００の記憶部７０には、このＥＧＲガスと改質ガスとの関係を示すマップが予め記憶されており、増加可能ＥＧＲ量算出部１０６が、ＥＧＲガスに改質ガスを導入することにより増加可能なＥＧＲ量を算出する際には、生成改質ガス量算出部１０５で算出した改質ガス量と、記憶部７０に記憶されたマップとより算出する。つまり、生成改質ガス量算出部１０５で算出した改質ガス量をＥＧＲガスに導入した場合におけるＥＧＲリミット８２を、増加可能なＥＧＲ量として増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出する。

次に、還流流量調整バルブ４２を制御してＥＧＲ量を増加する（ステップＳＴ２０７）。詳しくは、まず、増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出した増加可能なＥＧＲ量が、ＥＣＵ１００の処理部５１が有する還流流量調整バルブ制御部５６に伝達される。還流流量調整バルブ制御部５６は、還流流量調整バルブ４２の開度が、増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出したＥＧＲ量のＥＧＲガスが吸気通路１０に流れる開度になるように、還流流量調整バルブ４２を制御する。これにより、ガス還流通路４０から吸気通路１０に流れるＥＧＲガスは、増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出したＥＧＲ量で流れるため、ＥＧＲ量は、基本ＥＧＲ量選定部１０３で選定したＥＧＲ量よりも増加して流れる。

以上の排気ガス改質装置９０は、床温取得部１０１で取得した床温に基づいて、改質室３１で生成する改質ガスの量を導出している。また、改質室３１が担持する改質触媒で改質ガスを生成する場合には、改質室３１が担持する浄化触媒が排気ガスを浄化する際の熱を利用して生成するが、この生成は、浄化触媒の温度、つまり、改質室３１の床温が高くなるに従って改質触媒を担持する改質室３１による改質ガスの生成量が増加する。改質室３１の床温は、このように改質ガスの生成量に影響を与えるため、生成改質ガス量算出部１０５は、この改質室３１の床温に基づいて改質ガスの生成量を推定し、導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく改質ガスの生成量を導出することができる。

また、改質室３１で改質可能な改質用燃料の量を、改質室３１の床温より改質可能燃料噴射量算出部１０４で導出し、導出した改質可能な改質用燃料の量より、改質室３１で生成する改質ガスの量を生成改質ガス量算出部１０５によって導出している。即ち、生成改質ガス量算出部１０５は、改質室３１で生成する改質ガスの量を、改質室３１で改質可能な改質用燃料の量を介して改質室３１の床温より導出している。このように、改質室３１の床温が変化した際に直接的に変化する、改質室３１で改質可能な改質用燃料の量を介して改質室３１で生成する改質ガスの量を導出することにより、改質室３１で生成する改質ガスの量を、より正確に導出することができる。この結果、特殊な検出手段を用いることなく、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。

なお、上述した排気ガス改質装置３、９０を備える内燃機関１は、ガソリンを燃料とする内燃機関１となっているが、内燃機関１の燃料はガソリン以外のものでもよく、例えば、軽油やアルコールなどでもよい。内燃機関１の燃料は、ガソリン以外のものでも発熱量が分かり、また、改質室３１の床温によって改質ガスの生成量が変化する。このため、これらに基づいて改質ガスの生成量を導出することにより、特殊な検出手段を用いることなく、より正確に改質ガスの生成量を導出することができる。

また、上述した排気ガス改質装置３、９０では、ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に対して略直交する方向で改質器３０に接続されているが、ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、これ以外の形態で配設されていてもよい。例えば、ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、改質用通路２２から改質器３０内に流れ、さらにガス還流通路４０に流れる排気ガスや改質ガスの流れが、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に向流するように形成されていてもよい。ガス還流通路４０と改質用通路２２とは、改質用燃料が供給された改質用通路２２内の排気ガスが改質器３０内の改質室３１に流れて改質室３１で改質ガスを生成し、この改質ガス及び排気ガスがガス還流通路４０に流れるように設けられていれば、その形態は問わない。

また、上述した排気ガス改質装置３、９０では、改質室３１は改質触媒と浄化触媒との双方を担持しているが、改質室３１は、改質触媒のみを担持していてもよい。改質室３１が改質触媒のみを担持している場合でも、改質室３１に排気ガスが流れた場合には排気ガスの熱により改質室３１に温度は上昇するため、改質室３１は、この熱を用いて排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。これにより、改質室３１は、改質ガスを生成することができる。

また、実施例１に係る排気ガス改質装置３では、改質室３１の床温より改質可能な改質用燃料の量を改質用燃料噴射量制御部５５で導出する際、及び改質ガスを導入していない状態で、車速取得部６１で取得した車速Ｓで定速走行をした場合における燃料噴射量を改質ガス未導入時燃料噴射量取得部６２で取得する際には、ＥＣＵ５０の記憶部７０に記憶されたマップより導出したり取得したりしているが、これらの導出や取得は、マップ以外でもよく、例えば関数等を用いてもよい。同様に、実施例２に係る排気ガス改質装置９０では、内燃機関１の運転条件より基本ＥＧＲ量を基本ＥＧＲ量選定部１０３で選定する際、床温より改質可能燃料噴射量を改質可能燃料噴射量算出部１０４で算出する際、生成改質ガス量算出部１０５で算出した改質ガス量をＥＧＲガスに導入した場合におけるＥＧＲリミット８２を、増加可能なＥＧＲ量として増加可能ＥＧＲ量算出部１０６で算出する際には、ＥＣＵ１００の記憶部７０に記憶されたマップより算出等を行っているが、これらの算出等はマップ以外でもよく、例えば関数等を用いてもよい。

以上のように、本発明に係る排気ガス改質装置は、内燃機関の排気ガスを改質させる排気ガス改質装置に有用であり、特に、改質ガスを排気ガスと共に内燃機関に吸気させる場合に適している。

本発明の実施例１に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。 図１に示す排気ガス改質装置の要部構成図である。 ＥＧＲ率と燃料消費率との関係を示す説明図である。 実施例１に係る排気ガス改質装置の処理手順を示すフロー図である。 改質室の床温と全体の燃料噴射量に対する改質用燃料の噴射量の割合との関係を示す説明図である。 実施例２に係る排気ガス改質装置の要部構成図である。 実施例２に係る排気ガス改質装置の処理手順を示すフロー図である。

符号の説明

１ 内燃機関
３、９０ 排気ガス改質装置
５ 気筒
１０ 吸気通路
１１ インジェクタ
１２ スロットルバルブ
１３ エアフロメータ
１４ エアクリーナ
２０ 排気通路
２１ 排気主通路
２２ 改質用通路
２５ 改質用燃料インジェクタ
３０ 改質器
３１ 改質室
３５ Ｏ_２センサ
３６ 床温センサ
４０ ガス還流通路
４１ ＥＧＲクーラ
４２ 還流流量調整バルブ
４５ 燃料タンク
４６ フィードポンプ
５０、１００ ＥＣＵ
５１ 処理部
５２ スロットルバルブ制御部
５３ 吸入空気量取得部
５４ 燃料噴射量制御部
５５ 改質用燃料噴射量制御部
５６ 還流流量調整バルブ制御部
５７ ＥＧＲガス量設定部
５８ 回転数取得部
５９ 負荷取得部
６０ 燃料噴射量取得部
６１ 車速取得部
６２ 改質ガス未導入時燃料噴射量取得部
６３ 燃料噴射量低減量算出部
６４ 改質ガス量算出部
７０ 記憶部
７１ 入出力部
８０ 改質ガス未導入時特性
８１ 改質ガス導入時特性
８２ ＥＧＲリミット
８５ 制御域
８６ 改質不可域
１０１ 床温取得部
１０２ 床温判定部
１０３ 基本ＥＧＲ量選定部
１０４ 改質可能燃料噴射量算出部
１０５ 生成改質ガス量算出部
１０６ 増加可能ＥＧＲ量算出部

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段と、
   前記改質ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、
   前記内燃機関の運転時に前記気筒に対して燃料を供給可能な燃料供給手段と、
   前記改質手段が前記改質ガスを生成しない状態で前記燃料供給手段によって供給する前記燃料の量である通常状態燃料供給量と前記改質手段が前記改質ガスを生成した状態で前記燃料供給手段によって供給する前記燃料の量である改質状態燃料供給量とに基づいて前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する改質ガス量導出手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガス改質装置。
2. 前記改質ガス量導出手段は、前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する際に、前記通常状態燃料供給量と前記改質状態燃料供給量との差と、さらに、前記燃料の発熱量と前記改質ガスの発熱量とに基づいて導出することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス改質装置。
3. 内燃機関の気筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路に設けられると共に前記排気ガスを浄化する浄化手段と、
   前記排気ガスと改質用燃料とより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを前記浄化手段が前記排気ガスを浄化する際の熱を利用して生成する改質手段と、
   前記改質ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、
   前記浄化手段の温度に基づいて前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出する生成改質ガス量導出手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガス改質装置。
4. さらに、前記改質手段で前記改質ガスを生成する際における前記改質用燃料の改質可能な量を前記浄化手段の温度より導出する改質用燃料量導出手段を備えており、
   前記生成改質ガス量導出手段は、前記改質用燃料量導出手段で導出した改質可能な前記改質用燃料の量より前記改質手段で生成する前記改質ガスの量を導出することを特徴とする請求項３に記載の排気ガス改質装置。

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