JP2009150268A - 燃料改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる燃料改質装置を提供すること。
【解決手段】排気通路２０を、エンジン５からターボチャージャ５０に向かう排気ガスが流れる第１主排気通路２１と、ターボチャージャ５０を通過した排気ガスが流れる第２主排気通路２２と、第１主排気通路２１から分岐して第１主排気通路２１から改質触媒４２に向かう排気ガスが流れる第１副排気通路２３と、第２主排気通路２２から分岐して第２主排気通路２２から改質触媒４２に向かう排気ガスが流れる第２副排気通路２４と、により構成する。さらに、第１副排気通路２３にはターボ前バルブ３１を設け、第２副排気通路２４にはターボ後バルブ３２を設ける。排気ガスの温度が低めの場合にはターボ前バルブ３１を閉じてターボ後バルブ３２を開き、排気ガスの温度が高めの場合にはターボ前バルブ３１を開いてターボ後バルブ３２を閉じる制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料改質装置に関するものである。特に、この発明は、過給機を備えた内燃機関に備えられる燃料改質装置に関するものである。

従来の内燃機関では、燃費の向上や運転性能の向上などを目的として、燃料を改質して発熱量が大きい改質ガスを生成し、生成した改質ガスを内燃機関で燃焼させているものがある。例えば、特許文献１に記載のエンジンの燃料供給装置では、アルコールとガソリンとの混合燃料を分離器によってアルコールとガソリンとに分離し、さらに、アルコールの一部を改質器によって改質ガスに改質している。これらのガソリン、アルコール、改質ガスは、エンジンの運転状態に応じて、運転状況に適した燃料を供給している。これにより、各燃料の燃焼特性を十分に生かして燃焼させることができるため、出力性能や燃費の向上を図ることができる。

特公平３−４３４５８号公報

このように、内燃機関の燃費等の向上を図るために改質ガスを生成する場合、排気ガスの熱を利用して改質手段でアルコール等の改質用燃料を吸熱反応させることにより生成するが、改質ガスの生成は、このように排気ガスの熱を利用するため、排気ガスの温度が低い場合には改質が困難になる虞がある。つまり、排気ガスの温度が、改質用燃料を生成することのできる温度である改質可能温度よりも低い場合には、改質用燃料から改質ガスを生成するのは困難なものとなる。

ここで、内燃機関の中には、出力向上などの運転性能の向上を図るため、ターボチャージャが設けられているものがある。このターボチャージャは、排気ガスの圧力を利用してタービンを回転させ、タービンの回転軸と同軸上に位置するコンプレッサを回転させることにより空気を圧縮して内燃機関に供給可能に設けられている。このため、ターボチャージャを備える内燃機関では排気ガスのエネルギーの一部はターボチャージャを作動させるのに使用されるため、ターボチャージャのタービンを回転させ、ターボチャージャを通過した排気ガスは、温度が低下する。

ターボチャージャが備えられている内燃機関の場合、このようにターボチャージャを通過した排気ガスは温度が低下するため、この内燃機関に改質手段も備えられていた場合においてターボチャージャを通過した後の排気ガスの熱を利用して改質用燃料を改質しようとした場合、排気ガスの温度が改質可能温度よりも低くなる虞がある。

具体的には、排気ガスの温度が低い場合に、この排気ガスをターボチャージャに流してターボチャージャを作動させた場合、排気ガスの温度はさらに低くなるため、排気ガスの温度は改質可能温度よりも低くなり易くなる。この場合、改質用燃料を効果的に改質できなくなる虞がある。つまり、ターボチャージャを設けて排気ガスでターボチャージャを作動させた場合、排気ガスの温度は低下するため、改質手段で改質用燃料を改質可能な温度領域である改質可能領域は、ターボチャージャを設けずに内燃機関から排出された排気ガスを直接改質手段に流す場合と比較して小さくなる。

これに対し、改質用燃料を改質し易くするため、排気ガスをターボチャージャの上流側から取り出した場合、排気ガスの温度は低下し難くなるが、ターボチャージャに流れる排気ガスの流量が少なくなるため、ターボチャージャで内燃機関に送る空気の流量が低減する。即ち、ターボ効率が低減する。これらのように、改質可能領域を小さくすることなくターボ効率を確保することは、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、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる燃料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、この発明に係る燃料改質装置は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを浄化する浄化手段と、改質させる元になる燃料である改質用燃料を前記排気ガスに対して供給する改質用燃料供給手段と、前記改質用燃料供給手段で前記改質用燃料を供給する前記排気ガスの流れ方向における前記改質用燃料供給手段の下流側に位置しており、前記改質用燃料を前記排気ガスの熱を利用して吸熱反応させることにより前記燃焼室で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段と、前記排気ガスによって作動することにより前記内燃機関に対して大気圧よりも圧力を向上させて空気を供給可能なターボチャージャと、前記内燃機関と前記ターボチャージャとの間に設けられると共に前記内燃機関から前記ターボチャージャに向かう前記排気ガスが流れる通路である第１主排気通路と、前記ターボチャージャを通過した前記排気ガスが流れる通路である第２主排気通路と、前記第１主排気通路から分岐すると共に前記第１主排気通路から前記改質手段に向かう前記排気ガスが流れる第１副排気通路と、前記第２主排気通路から分岐すると共に前記第２主排気通路から前記改質手段に向かう前記排気ガスが流れる第２副排気通路と、前記第１副排気通路を開閉可能に設けられた第１副排気通路開閉手段と、前記第２副排気通路を開閉可能に設けられた第２副排気通路開閉手段と、前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度が前記改質手段で前記改質用燃料から前記改質ガスを生成可能な温度である改質可能温度より高く、且つ、前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度未満の場合には前記第１副排気通路開閉手段を開くと共に前記第２副排気通路開閉手段を閉じ、前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度以下の場合には前記第１副排気通路開閉手段を閉じる共に前記第２副排気通路開閉手段を開く制御をする排気通路開閉手段制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、ターボチャージャに流れる前の排気ガスの温度が改質可能温度より高く、且つ、ターボチャージャを通過した後の排気ガスの温度が改質可能温度未満の場合には第１副排気通路開閉手段を開くと共に第２副排気通路開閉手段を閉じるので、ターボチャージャを通過した後の排気ガスの温度が低い場合には、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャの上流側に位置する第１主排気通路から排気ガスを改質手段に流すことができる。これにより、排気ガスの温度が、ターボチャージャを通過させた場合における排気ガスの温度が改質可能温度未満になる温度であった場合でも、排気ガスを第１主排気通路から改質手段に流すことにより、改質ガスを生成することができる。従って、排気ガスの温度が比較的低温でも改質ガスを生成することができるので、改質可能領域を確保することができる。また、ターボチャージャに流れる前の排気ガスの温度が改質可能温度以下の場合には第１副排気通路開閉手段を閉じる共に第２副排気通路開閉手段を開くので、ターボチャージャに流す排気ガスの流量を確保することができ、ターボ効率を確保することができる。この結果、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、前記排気通路開閉手段制御手段は、さらに、前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度よりも高く、且つ、前記ターボチャージャによって前記内燃機関に供給される前記空気の圧力である過給圧が前記過給圧の限界圧力以下の場合には前記第１副排気通路開閉手段を閉じる共に前記第２副排気通路開閉手段を開き、前記過給圧が前記限界圧力より高い場合には前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを共に開く制御を行うことを特徴とする。

この発明では、ターボチャージャを通過した後の排気ガスの温度が改質可能温度よりも高く、且つ、過給圧が限界圧力以下の場合には第１副排気通路開閉手段を閉じる共に第２副排気通路開閉手段を開くので、排気ガスの温度が高い場合には、排気ガスはターボチャージャを作動させ、さらに第２副排気通路から改質手段に向かって流れて改質手段で改質される。これにより、より確実に改質可能領域を確保することができ、また、ターボ効率を確保することができる。また、このように第１副排気通路開閉手段は閉じ、第２副排気通路開閉手段を開く制御は、過給圧が限界圧力以下の場合に行っているので、第１副排気通路開閉手段を閉じても過給圧が上昇し過ぎることを抑制できる。さらに、過給圧が限界圧力より高い場合には第１副排気通路開閉手段と第２副排気通路開閉手段とを共に開いているので、より多くの排気ガスを改質手段の方向に流すことができ、過給圧が高くなり過ぎることに起因して内燃機関が破損することを抑制することができる。この結果、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ると共に、内燃機関の破損を抑制することができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、さらに、前記改質用燃料は性状の異なる複数の種類の燃料からなると共に前記改質可能温度を前記複数の種類の燃料の割合に基づいて導出する改質可能温度導出手段を備えており、前記排気通路開閉手段制御手段は、前記改質可能温度導出手段で導出した前記改質可能温度に基づいて前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを制御することを特徴とする。

この発明では、さらに改質可能温度を複数の種類の燃料の割合に基づいて導出する改質可能温度導出手段を備えているので、改質用燃料が性状の異なる複数の種類の燃料からなる場合でも、より確実に改質可能温度を導出することができる。これにより、排気ガスの温度に応じて、より適切に第１副排気通路開閉手段と第２副排気通路開閉手段とを制御することができる。この結果、より確実に改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、さらに、前記内燃機関の回転数とトルクとより、前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度と前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度とを導出可能な排気温度導出手段を備えており、前記排気通路開閉手段制御手段は、前記排気温度導出手段で導出した前記排気ガスの温度に基づいて前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを制御することを特徴とする。

この発明では、さらに内燃機関の回転数とトルクとより排気ガスの温度を導出可能な排気温度導出手段を備えているので、排気温度センサなどの検出手段を設けることなく、排気ガスの温度を導出することができる。この結果、製造コストの低減を図ることができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、さらに、前記第１副排気通路開閉手段及び前記第２副排気通路開閉手段の開閉状態を検出可能な開閉状態検出手段と、前記開閉状態検出手段で前記第１副排気通路開閉手段は常時閉じていることを検出した場合、または前記第２副排気通路開閉手段は常時閉じていることを検出した場合には、前記内燃機関に対して前記過給圧を制限する制御を行う過給圧制限制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、開閉状態検出手段で第１副排気通路開閉手段及び第２副排気通路開閉手段の開閉状態を検出し、第１副排気通路開閉手段や第２副排気通路開閉手段が常時閉じていることを検出した場合には、過給圧制限制御手段で内燃機関に対して過給圧を制限する制御を行っている。これにより、第１副排気通路開閉手段や第２副排気通路開閉手段が常時閉じた状態になることによって排気ガスが改質手段の方向に流れなくなり、ターボチャージャの過給圧が高くなる状況でも、過給圧を制限する制御を行うため、過給圧が高くなり過ぎる事を抑制できる。この結果、過給圧が高くなり過ぎる事に起因して内燃機関が破損する事を抑制することができる。

本発明に係る燃料改質装置は、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る燃料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、実施例に係る燃料改質装置を備えるエンジンの全体構成図である。同図に示す燃料改質装置１は、内燃機関であるエンジン５に備えられている。燃料改質装置１が備えられているエンジン５は、それぞれ燃焼室６を有する４つの気筒（図示省略）が直列に配置されている。また、このエンジン５には、燃焼室６に連通すると共に燃焼室６に吸入される空気が流れる通路である吸気通路１０と、燃焼室６で燃料を燃焼させた後、燃焼室６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、燃焼室６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つの燃焼室６に対応し、燃焼室６に連通してエンジン５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、エンジン５の運転時に燃焼室６に対してエンジン５の運転に用いる燃料である主燃料を供給可能な主燃料供給手段であるインジェクタ１５が配設されている。このインジェクタ１５は、エンジン５の運転時に吸気通路１０内に主燃料を噴射することにより、燃焼室６に対して主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１５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１６が配設されている。

また、当該エンジン５には、排気ガスによって作動することによりエンジン５に対して大気圧よりも圧力を向上させて空気を供給可能な過給機であるターボチャージャ５０が設けられている。このターボチャージャ５０は、エンジン５から排出される排気ガスにより作動するタービン５３を有しており、さらに、タービン５３の作動に伴って作動することによりエンジン５が吸入する空気を過給してエンジン５に供給するコンプレッサ５１を有している。このため、吸気通路１０は、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１に接続されており、排気通路２０は、ターボチャージャ５０のタービン５３に接続されている。

また、このターボチャージャ５０は、当該ターボチャージャ５０が有する回転体の回転軸であるタービンシャフト５５を有しており、コンプレッサ５１は、当該ターボチャージャ５０において、タービンシャフト５５の軸方向における一方の端に形成され、タービン５３は他方の端に形成されている。また、このタービンシャフト５５のコンプレッサ５１側の端部には、コンプレッサインペラ５２が設けられており、タービン５３側の端部には、タービンインペラ５４が設けられている。また、タービンシャフト５５は、当該タービンシャフト５５を回転可能に支持する軸受部分（図示省略）により保持されており、これらのタービンシャフト５５、コンプレッサインペラ５２、及びタービンインペラ５４は、一体となって回転可能に設けられている。

また、このように形成されるターボチャージャ５０には、共に吸気通路１０である第１吸気通路１１と第２吸気通路１２とが接続されている。このうち、第１吸気通路１１は、ターボチャージャ５０に向けて流れる空気の通路となっている。また、第２吸気通路１２は、エンジン５とターボチャージャ５０との間に設けられると共にターボチャージャ５０からエンジン５に向かう空気、或いは空気と燃料との混合気が流れる通路となっている。これらの第１吸気通路１１と第２吸気通路１２とは、共にターボチャージャ５０のコンプレッサ５１に接続されており、第１吸気通路１１はコンプレッサ５１への空気の入口側に接続され、第２吸気通路１２はコンプレッサ５１からの空気の出口側に接続されている。

インジェクタ１５及びスロットルバルブ１６は、このように形成される吸気通路１０のうち、共に第２吸気通路１２に設けられている。つまり、インジェクタ１５とスロットルバルブ１６とは、吸気通路１０におけるターボチャージャ５０とエンジン５との間に設けられている。また、第１吸気通路１１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１７が設けられている。つまり、エアフロメータ１７は、吸気通路１０を流れる空気の流れ方向におけるターボチャージャ５０の上流側に設けられている。

また、ターボチャージャ５０には、共に排気通路２０における主となる排気通路２０である第１主排気通路２１と第２主排気通路２２とが接続されている。このうち、第１主排気通路２１は、エンジン５とターボチャージャ５０との間に設けられると共にエンジン５からターボチャージャ５０に向かう排気ガスが流れる通路となっている。また、第２主排気通路２２は、ターボチャージャ５０を通過した排気ガスが流れる通路となっている。これらの第１主排気通路２１と第２主排気通路２２とは、共にターボチャージャ５０のタービン５３に接続されており、第１主排気通路２１はタービン５３に流れる排気ガスの入口側に接続され、第２主排気通路２２はタービン５３から流れ出る排気ガスの出口側に接続されている。

また、排気通路２０には、排気ガスを浄化し、且つ、改質用燃料の改質を行う触媒部４０が備えられている。この触媒部４０には、エンジン５の燃焼室６から排出された排気ガスを浄化する浄化手段である浄化触媒４１が内設されている。さらに、触媒部４０には、改質させる元になる燃料である改質用燃料より、燃焼室６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４２が内設されている。この改質触媒４２は、触媒部４０に内設される浄化触媒４１の周囲に配設されており、例えばロジウム系の触媒が用いられている。このように形成される触媒部４０は、第２主排気通路２２に設けられている。

また、排気通路２０には、改質触媒４２に向けて流れる排気ガスの通路である第１副排気通路２３と第２副排気通路２４とが設けられている。このうち、第１副排気通路２３は、第１主排気通路２１から分岐すると共に第１主排気通路２１から改質触媒４２に向かう排気ガスが流れる通路となっている。この第１副排気通路２３は、一端が第１主排気通路２１に接続されており、他端が触媒部４０に接続されている。

また、第２副排気通路２４は、第２主排気通路２２における触媒部４０の上流側から分岐すると共に第２主排気通路２２における触媒部４０の上流側から改質触媒４２に向かう排気ガスが流れる通路となっている。この第２副排気通路２４は、一端が第２主排気通路２２に接続されており、他端は第１副排気通路２３に接続されている。このため、第２副排気通路２４は、第２主排気通路２２における触媒部４０の上流側から第１副排気通路２３を介して改質触媒４２に向かう排気ガスが流れる通路となっている。

なお、第１副排気通路２３と第２副排気通路２４との接続部分は、本実施例では第２副排気通路２４が第１副排気通路２３に接続されているものとして説明しているが、第１副排気通路２３と第２副排気通路２４との接続は、第１副排気通路２３が第２副排気通路２４に接続されていてもよい。第１副排気通路２３と第２副排気通路２４とは、排気ガスの流れ方向における接続部分の下流側で１つの通路になって触媒部４０に接続されていれば、その接続の形態は問わない。

また、第１副排気通路２３には、第２副排気通路２４が接続されている部分と触媒部４０に接続されている部分との間に、改質用燃料を排気ガスに対して供給可能な改質用燃料供給手段である改質用燃料インジェクタ３５が設けられている。この改質用燃料インジェクタ３５は、改質用燃料を第１副排気通路２３内に噴射することにより、改質用燃料を排気ガスに対して供給可能になっている。

改質用燃料インジェクタ３５は、このように第１副排気通路２３に設けられているため、第１副排気通路２３が接続される触媒部４０は、改質用燃料インジェクタ３５で改質用燃料を供給する排気ガスの流れ方向における改質用燃料インジェクタ３５の下流側に位置している。また、第１副排気通路２３には、第１副排気通路２３を開閉可能に設けられた第１副排気通路開閉手段であるターボ前バルブ３１が設けられている。このターボ前バルブ３１は、第１副排気通路２３において、第２副排気通路２４が接続されている部分よりも排気ガスの流れ方向における上流側に設けられている。

また、第２副排気通路２４には、第２副排気通路２４を開閉可能に設けられた第２副排気通路開閉手段であるターボ後バルブ３２が設けられている。また、第１副排気通路２３における排気ガスの流れ方向における第２副排気通路２４との接続部分の下流側で、且つ、改質用燃料インジェクタ３５が設けられている部分の上流側には、第１副排気通路２３を開閉可能に設けられた第３副排気通路開閉手段であるインジェクタ前バルブ３３が設けられている。

また、触媒部４０には改質ガス通路４５が接続されており、この改質ガス通路４５は、排気ガスが流れる方向において触媒部４０と吸気通路１０との間、詳しくは触媒部４０と第２吸気通路１２との間に設けられている。つまり、改質ガス通路４５は、触媒部４０と第２吸気通路１２とを接続している。このように設けられる改質ガス通路４５は、触媒部４０から改質ガス通路４５に流れた排気ガス及び改質触媒４２で生成した改質ガスが、触媒部４０側から第２吸気通路１２側に流れることができるように形成されている。即ち、改質ガス通路４５は、改質ガスを、燃焼室６に連通する第２吸気通路１２に流入させることが可能な還流通路となっている。

また、このように設けられる改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、双方の通路が接続される触媒部４０を挟んで直線状に形成されている。詳しくは、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、第２主排気通路２２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触媒部４０に接続されており、さらに、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、触媒部４０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、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とにおける触媒部４０に接続されている部分は、触媒部４０を挟んで直線状に形成されている。

これらのように形成される排気通路２０は、第２主排気通路２２を流れる排気ガスの流れ方向における触媒部４０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触媒部４０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、第２吸気通路１２に設けられたインジェクタ１５は、エンジン５を搭載する車両に設けられた燃料貯留手段である燃料タンク（図示省略）に接続された分離器（図示省略）に接続されている。また、第１副排気通路２３に設けられた改質用燃料インジェクタ３５も同様に分離器に接続されている。この燃料タンクには、実施例に係る燃料改質装置１を備えるエンジン５では、主にガソリンとエタノールとの混合燃料が貯留される。

これらのインジェクタ１５及び改質用燃料インジェクタ３５、スロットルバルブ１６、エアフロメータ１７、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３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）６０に接続されている。

図２は、図１に示す燃料改質装置の要部構成図である。ＥＣＵ６０には、処理部６１、記憶部７７及び入出力部７８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、ＥＣＵ６０に接続されているインジェクタ１５及び改質用燃料インジェクタ３５、スロットルバルブ１６、エアフロメータ１７、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３は、入出力部７８に接続されており、入出力部７８は、これらのスロットルバルブ１６やエアフロメータ１７等との間で信号の入出力を行う。また、記憶部７７には、実施例に係る燃料改質装置１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７７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６１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１６の開閉の制御が可能なスロットルバルブ制御部６２と、エアフロメータ１７での検出結果より運転中のエンジン５の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得部６３と、インジェクタ１５を制御することによりインジェクタ１５から噴射する主燃料の噴射量を制御可能な主燃料供給手段制御手段である主燃料噴射量制御部６４と、改質用燃料インジェクタ３５を制御することにより改質用燃料インジェクタ３５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供給手段制御手段である改質用燃料噴射量制御部６５と、を有している。

また、処理部６１は、第１副排気通路２３や第２副排気通路２４に設けられたターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉を制御する排気通路開閉手段制御手段である副排気通路バルブ制御部６６と、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉状態を検出可能な開閉状態検出手段であるバルブ状態取得部６７と、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉状態を判定する副排気通路開閉手段開閉状態判定手段であるバルブ状態判定部６８と、を有している。

また、処理部６１は、エンジン５の運転中における排気ガスの温度やターボチャージャ５０による過給圧、改質用燃料の性状などの運転状況を取得する運転状況取得手段である運転状況取得部６９と、エンジン５の運転中における回転数及びトルクより排気ガスの温度を導出する排気温度導出手段である排気温度導出部７０と、改質用燃料を改質して改質ガスを生成することのできる温度である改質可能温度を、改質用燃料に混合されている複数の種類の燃料の割合に基づいて導出する改質可能温度導出手段である改質可能温度決定部７１と、運転状況取得部６９で取得した排気ガスの温度が改質可能温度より高い、または改質可能温度より低いか否かを判定する改質可能温度判定手段である改質可能温度判定部７２と、運転状況取得部６９で取得した過給圧が限界圧力より高いか否かを判定する過給圧判定手段である過給圧判定部７３と、を有している。

ＥＣＵ６０によって制御される燃料改質装置１の制御は、例えば、エアフロメータ１７等による検出結果に基づいて、処理部６１が上記コンピュータプログラムを当該処理部６１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ターボ前バルブ３１などを作動させることにより制御する。その際に処理部６１は、適宜記憶部７７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、このように燃料改質装置１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、ＥＣＵ６０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。

この実施例に係る燃料改質装置１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。実施例に係る燃料改質装置１が搭載される車両は、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、ＥＣＵ６０の処理部６１が有するスロットルバルブ制御部６２がスロットルバルブ１６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１６の開度に応じた空気が流れる。

その際に、吸気通路１０にはターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられているため、このコンプレッサ５１の作用により、空気は圧縮されて圧力が高くなった状態でエンジン５に供給される。つまり、ターボチャージャ５０の作動時には、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１は、吸気通路１０の第１吸気通路１１から空気を吸引し、圧縮して第２吸気通路１２に流す。これにより、ターボチャージャ５０が作動している場合には、第２吸気通路１２に流れる空気は、大気圧よりも圧力が高くなった空気が流れる。

また、このように吸気通路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１７で検出し、エアフロメータ１７での検出結果をＥＣＵ６０の処理部６１が有する吸入空気量取得部６３で取得する。吸入空気量取得部６３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ＥＣＵ６０の処理部６１が有する主燃料噴射量制御部６４に伝達され、伝達された運転状態に関する情報に応じて主燃料噴射量制御部６４によってインジェクタ１５を制御し、インジェクタ１５を作動させる。エンジン５の運転時には、燃料タンクに接続された分離器によって燃料タンク内の燃料が分離され、ガソリンが主成分となった燃料が主燃料としてインジェクタ１５に供給される。このため、主燃料噴射量制御部６４がインジェクタ１５を作動させることにより、インジェクタ１５は、主燃料噴射量制御部６４での制御に応じた量の主燃料を吸気通路１０内に噴射する。

このように、吸気通路１０内に対してインジェクタ１５から主燃料を噴射することにより、噴射した主燃料は吸気通路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、エンジン５が有する４つの燃焼室６に吸入される。

燃焼室６に吸入された混合気は、燃焼室６を有するそれぞれの気筒の燃焼行程で混合気中の主燃料が燃焼し、燃焼後の排気ガスは、排気行程で燃焼室６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の第１主排気通路２１を通り、ターボチャージャ５０のタービン５３に流れる。排気ガスがターボチャージャ５０のタービン５３に流れた場合、排気ガスはその圧力によってタービン５３が有するタービンインペラ５４を回転させる。

タービンインペラ５４が回転した場合、その回転はタービンシャフト５５を介してコンプレッサインペラ５２に伝達される。これにより、タービンインペラ５４、タービンシャフト５５、コンプレッサインペラ５２は、一体となって回転する。コンプレッサインペラ５２が回転した場合には、上述したように、コンプレッサ５１が第１吸気通路１１から空気を吸引し、圧縮して第２吸気通路１２に流す。即ち、ターボチャージャ５０は過給をして、空気を第２吸気通路１２に流す。

また、タービンインペラ５４を回転させた排気ガスは、ターボチャージャ５０を通過して第２主排気通路２２を通り、触媒部４０に流れて触媒部４０に設けられる浄化触媒４１に流れる。浄化触媒４１に流れた排気ガスは浄化触媒４１によって浄化され、排気ガスの流れ方向における触媒部４０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浄化触媒４１を通過する際には、浄化触媒４１には排気ガスの熱が伝達されるため、浄化触媒４１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、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉の状態に応じて第１副排気通路２３や第２副排気通路２４に流れる。これらのバルブは、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する副排気通路バルブ制御部６６で制御可能に設けられている。

図３は、改質触媒に流れる排気ガスの経路を示す説明図である。ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３は、副排気通路バルブ制御部６６で制御して開閉状態を組み合わせることにより、第１副排気通路２３や第２副排気通路２４に流れる排気ガスは、それぞれ異なった経路で流れる。この経路は、経路ａ、経路ｂ、経路ｃがあるが、まず、経路ａについて説明する。経路ａでは、ターボ前バルブ３１は開き、ターボ後バルブ３２は閉じ、インジェクタ前バルブ３３は開く。各バルブをこの状態にした場合には、排気ガスは第２副排気通路２４には流れずに、第１主排気通路２１から第１副排気通路２３に流れる。

ターボ前バルブ３１を開いた場合には、このように第１主排気通路２１から第１副排気通路２３に排気ガスが流れるが、この場合における排気ガスは、ターボチャージャ５０を通過しておらず、ターボチャージャ５０を作動させることにより温度が低下していないため、温度が高い状態の排気ガスが流れる。また、この排気ガスが流れる第１副排気通路２３には、改質用燃料インジェクタ３５が設けられている。改質用燃料インジェクタ３５は、第１副排気通路２３内を流れる排気ガスに対して改質用燃料を噴射可能に設けられており、その噴射量は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する改質用燃料噴射量制御部６５によって制御可能に設けられている。つまり、改質用燃料噴射量制御部６５は、改質用燃料インジェクタ３５を制御することにより改質用燃料インジェクタ３５を作動させる。

エンジン５の運転時には、燃料タンクに接続された分離器によって燃料タンク内の燃料が分離され、エタノールが主成分となった燃料が改質用燃料として改質用燃料インジェクタ３５に供給される。このため、改質用燃料噴射量制御部６５が改質用燃料インジェクタ３５を作動させることにより、改質用燃料インジェクタ３５は、改質用燃料噴射量制御部６５での制御に応じた改質用燃料を第１副排気通路２３内に噴射する。

改質用燃料噴射量制御部６５によって制御されることにより改質用燃料インジェクタ３５が改質用燃料を噴射した場合、改質用燃料は第１副排気通路２３を流れる排気ガスと混合し、混合した状態で触媒部４０に流入する。このように、改質用燃料と混合した状態で触媒部４０に流入した排気ガスは、触媒部４０に設けられている改質触媒４２を通過する。

ここで、改質触媒４２は、浄化触媒４１の周囲に配設されて浄化触媒４１と一体となって触媒部４０に内設されているが、浄化触媒４１は、第２主排気通路２２から流れる排気ガスの熱が伝達されることにより、温度が高くなっている。このため、このように温度が高くなった浄化触媒４１の熱は改質触媒４２に伝達され、改質触媒４２の温度も上昇する。これにより、改質用燃料と混合した排気ガスが改質触媒４２を通過する際には、改質触媒４２は、排気ガスに熱を与えながら、改質用燃料が混合した排気ガスを改質し、改質ガスを生成する。

つまり、改質触媒４２は、浄化触媒４１を介して排気ガスの熱が伝達されることにより温度が上昇するが、改質触媒４２の作用で排気ガス及び改質用燃料を改質する際には、この熱を利用し、吸熱反応により改質する。このように、触媒部４０に内設される改質触媒４２は、浄化触媒４１が排気ガスを浄化する際に排気ガスから伝達される熱を利用して、排気ガス及び改質用燃料を改質し、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。

このように改質用燃料を改質触媒４２で改質することにより生成した改質ガス、及び改質ガスに改質されずに改質触媒４２を通過する排気ガスは、触媒部４０に接続された改質ガス通路４５に流れる。改質ガス通路４５に流れた改質ガスや排気ガス（以下、改質ガスとする）は、改質ガス通路４５を通って第２吸気通路１２、即ち、吸気通路１０に向かう。つまり、改質触媒４２で生成した改質ガスは、改質ガス通路４５を吸気通路１０に向かって流れ、吸気通路１０内に流入する。

これにより、吸気通路１０内には改質ガスが流れるが、この改質ガスには、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、改質ガスが流入した燃焼室６で主燃料が燃焼する場合には、主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、水素が燃焼をする際には、燃焼室６の水素は急速な燃焼速度で燃焼する。

また、これらのように燃焼室６で燃焼する改質ガスは、エンジン５の運転に用いられる主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、エンジン５の出力は増加する。従って、改質ガスを燃焼させる場合において、エンジン５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１６は閉じ、インジェクタ１５から噴射する主燃料の噴射量を低減させる。

このように、ターボ前バルブ３１を開き、ターボ後バルブ３２を閉じた場合には、改質触媒４２にはターボチャージャ５０を通過する前の排気ガスが流れる。このため、改質ガスには、ターボチャージャ５０を通過することによって温度が低下する前の排気ガスが流れる。従って、改質用燃料は改質触媒４２で改質され易くなっている。

次に、経路ｂについて説明する。経路ｂでは、ターボ前バルブ３１とターボ後バルブ３２とインジェクタ前バルブ３３とは、全て開く。各バルブを全て開いた場合には、排気ガスはターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスが第１主排気通路２１から第１副排気通路２３に流れる。また、第１主排気通路２１を流れる排気ガスの大部分は、ターボチャージャ５０に流れる。つまり、排気ガスは、ターボチャージャ５０のタービン５３に流れる。これにより、排気ガスは、タービンインペラ５４を回転させ、ターボチャージャ５０を作動させる。このように、ターボチャージャ５０を作動させた排気ガスは、排気ガスが有していた熱や圧力などのエネルギーがターボチャージャの作動に消費されるため、排気ガスは温度が低下する。このため、ターボチャージャ５０通過後の排気ガスが流れる排気通路２０である第２主排気通路２２は、温度が低下した排気ガスが流れる。

また、このように排気ガスが流れる第２主排気通路２２には、第２副排気通路２４が接続されているが、開いた状態となっているターボ後バルブ３２は、この第２副排気通路２４に設けられている。このため、排気ガスは第２副排気通路２４を流れることが可能になっており、第２主排気通路２２を流れる排気ガスの一部は第２副排気通路２４に流れる。さらに、この第２副排気通路２４は、第２主排気通路２２に接続されている側の端部の反対側に位置する端部が第１副排気通路２３に接続されているため、排気ガスは第２副排気通路２４から第１副排気通路２３に流れる。即ち、第１副排気通路２３と第２副排気通路２４とに流れた排気ガスは、第１副排気通路２３で合流する。

第１副排気通路２３を流れる排気ガスと第２副排気通路２４を流れる排気ガスとは、合流して第１副排気通路２３を流れるが、この第１副排気通路２３には、改質用燃料インジェクタ３５が設けられている。このため、第１副排気通路２３を流れる排気ガスに改質用燃料インジェクタ３５から改質用燃料を噴射した場合には、経路ａの場合と同様に、改質触媒４２で改質ガスを生成する。さらに、改質ガスは改質ガス通路４５を通って吸気通路１０に流れ、エンジン５に吸気されて燃焼室６で燃焼する。

次に、経路ｃについて説明する。経路ｃでは、ターボ前バルブ３１は閉じ、ターボ後バルブ３２は開き、インジェクタ前バルブ３３は開く。各バルブをこの状態にした場合には、第１主排気通路２１を流れる排気ガスは、第１主排気通路２１から第１副排気通路２３には流れずに、ターボチャージャ５０に流れる。このため、ターボチャージャ５０通過後の排気ガスが流れる排気通路２０である第２主排気通路２２は、温度が低下した排気ガスが流れる。

また、このように排気ガスが流れる第２主排気通路２２には、第２副排気通路２４が接続されているが、ターボ後バルブ３２は開いた状態になっているため、第２主排気通路２２を流れる排気ガスの一部は第２副排気通路２４に流れる。さらに、この第２副排気通路２４は第１副排気通路２３に接続されているため、排気ガスは第２副排気通路２４から第１副排気通路２３に流れる。排気ガスが第１副排気通路２３に流れた場合には、第１副排気通路２３に設けられる改質用燃料インジェクタ３５から改質用燃料を噴射することにより、改質触媒４２で改質ガスを生成する。さらに、改質ガスは改質ガス通路４５を通って吸気通路１０に流れ、エンジン５に吸気されて燃焼室６で燃焼する。

これらのように、排気ガスの一部を改質触媒４２に流す経路は、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉を切り替えることにより複数の経路で流すことが可能になっているが、この経路の選択は、改質可能温度に基づいて選択する。

図４は、改質温度と燃費効果との関係を示す説明図である。排気ガスの経路を選択する際には、このように改質可能温度に基づいて選択するが、改質可能温度は、燃料の種類や混合された燃料の割合によって異なっている。このため、まず、改質用燃料に含まれる燃料ごとの改質可能温度を導出するが、実施例に係る燃料改質装置１では、改質用燃料にはエタノールとガソリンが含まれているため、エタノールとガソリンの改質可能温度を導出する。

ここで、改質用燃料を改質して改質ガスを生成する場合には、改質温度によって改質ガスの生成量が異なっている。また、改質ガスをエンジン５に供給した際における改質効果、例えば、燃費が向上する燃費効果は、エンジン５に供給される改質ガスの量に応じて異なっている。従って、燃費効果は、改質用燃料を改質する際における改質温度によって異なっている。このため、改質用燃料を改質する際における改質可能温度を導出する際には、目標となる燃費効果を得ることができる改質温度を求め、この改質温度を改質可能温度とする。

改質可能温度は、このようにして導出するが、エタノールを改質する際における特性であるエタノール改質特性８１と、ガソリンを改質する際における特性であるガソリン改質特性８２とを比較した場合、図４に示すように、ガソリン改質特性８２よりもエタノール改質特性８１の方が低い改質温度で燃費効果を得ることができる。また、燃費効果の最大値も、ガソリン改質特性８２よりもエタノール改質特性８１の方が高くなっている。エタノール改質特性８１とガソリン改質特性８２とでは、このように改質をする際における特性が異なっているが、それぞれの燃料の改質可能温度は、燃費効果が、目標となる燃費効果を得ることができる目標値に達する改質温度を、それぞれの燃料の改質可能温度としている。つまり、エタノール改質特性８１が燃費効果の目標値に達する改質温度がエタノール改質可能温度Ｔｅになり、ガソリン改質特性８２が燃費効果の目標値に達する改質温度がガソリン改質可能温度Ｔｇになる。

図５は、エタノールの濃度と改質可能温度との関係を示す説明図である。エタノール改質可能温度Ｔｅとガソリン改質可能温度Ｔｇとは、このように導出するが、改質用燃料には、エタノールとガソリンとが含まれている。このため、実際の改質用燃料の改質可能温度を導出する際には、エタノールとガソリンとの混合比より導出する。即ち、エタノール改質可能温度Ｔｅをエタノール濃度が１００％の場合における改質可能温度とし、ガソリン改質可能温度Ｔｇをエタノール濃度が０％の場合における改質可能温度として、改質可能温度を導出するための基準となる改質可能温度基準８５を求める。実際の改質用燃料の改質可能温度は、改質用燃料のエタノール濃度を改質可能温度基準８５に照らし合わせ、実際の改質用燃料のエタノール濃度の場合における改質可能温度を、実際の改質用燃料の改質可能温度８６として決定する。

改質可能温度８６は、このようにして導出するが、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉を切り替えることによって変化する排気ガスの経路は、導出した改質可能温度８６と排気ガスの温度とを比較して決定する。このように改質可能温度８６と比較する排気ガスの温度は、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスの温度と、ターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスの温度とを、改質可能温度８６と比較する。また、これらの排気ガスの温度は、エンジン５の回転数とトルクとより導出する。

図６は、エンジンの回転数とトルクとターボチャージャに流れる前の排気ガスの温度との関係を示す説明図である。図７は、エンジンの回転数とトルクとターボチャージャを通過した後の排気ガスの温度との関係を示す説明図である。図６、図７は、横軸をエンジン５の回転数、縦軸をエンジン５のトルクとした排気ガスの等温線により、回転数、トルク、排気ガスの温度の関係を示している。なお、図６はターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスの温度を表しており、図７はターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスの温度を示しているため、図６よりも図７の方が、全体的に温度分布が低くなっている。

エンジン５の運転時には、回転数が高くなるに従って、または、トルクが大きくなるに従って、排気ガスの温度が上昇する。このため、排気ガスの温度は、エンジン５の回転数やトルクが高くなるに従って高くなるマップを作成し、このマップより導出できる。このため、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスの温度を導出する際には、予めこのようなマップを作成しておき、エンジン５の運転時に回転数とトルクを取得し、作成したマップに回転数とトルクを当てはめることにより、排気ガスの温度を導出する。

例えば、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスの温度、即ち、第１主排気通路２１を流れる排気ガスの温度を導出する場合には、予め図６に示すようなマップを作成し、エンジン５の運転時の回転数とトルクとをマップに当てはめる。これにより、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスの温度であるターボ前排気温度９１を導出する。

同様に、ターボチャージャ９０を通過した後の排気ガスの温度、即ち、第２主排気通路２２を流れる排気ガスの温度を導出する場合には、予め図７に示すようなマップを作成し、エンジン５の運転時の回転数とトルクとをマップに当てはめる。これにより、ターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスの温度であるターボ後排気温度９２を導出する。

ターボ前排気温度９１やターボ後排気温度９２を導出した後は、これらの温度と改質可能温度とを比較し、ターボ前排気温度９１やターボ後排気温度９２と改質可能温度との大小に応じて、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３を制御し、経路ａ、経路ｂ、経路ｃを切り替える。

図８は、実施例に係る燃料改質装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る燃料改質装置１の制御方法、即ち、当該燃料改質装置１の処理手順について説明する。実施例に係る燃料改質装置１の処理手順では、まず、バルブの故障状態を確認する（ステップＳＴ１０１）。この確認は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有するバルブ状態取得部６７で取得して確認する。バルブ状態取得部６７は、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３を制御する際に、これらのバルブとＥＣＵ６０との間でやり取りする電気信号より、これらのバルブの故障状態を取得し、確認する。

次に、ターボ前バルブ３１が常時閉の状態であるかを判定する（ステップＳＴ１０２）。この判定は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有するバルブ状態判定部６８で行う。バルブ状態判定部６８は、バルブ状態取得部６７で取得したターボ前バルブ３１の状態は、常時閉の状態、つまり、閉じっぱなしの状態であるか否かを判定する。

バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０２）により、ターボ前バルブ３１は常時閉の状態であると判定された場合には、スロットル開度と回転数とを制限する（ステップＳＴ１０３）。このうち、スロットル開度の制限は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有するスロットルバルブ制御部６２で行う。スロットルバルブ制御部６２は、スロットルバルブ１６の開度を制限することにより、スロットル開度を制限する。また、回転数の制限は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する主燃料噴射量制御部６４で行う。主燃料噴射量制御部６４は、エンジン５の回転数が所定の回転数に達したら、インジェクタ１５に対して主燃料の噴射を停止させることにより、エンジン５の回転数を制限する。この制御を行った後は、後述するステップＳＴ１０７に向かう。

これに対し、バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０２）により、ターボ前バルブ３１は常時閉の状態ではないと判定された場合には、次に、ターボ後バルブ３２及びインジェクタ前バルブ３３は、常時閉の状態であるかを判定する（ステップＳＴ１０４）。この判定は、バルブ状態判定部６８で行い、バルブ状態判定部６８は、バルブ状態取得部６７で取得したターボ後バルブ３２及びインジェクタ前バルブ３３の状態は、共に常時閉の状態、つまり、閉じっぱなしの状態であるか否かを判定する。

バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０４）により、ターボ後バルブ３２及びインジェクタ前バルブ３３は常時閉の状態であると判定された場合には、スロットルバルブ制御部６２と主燃料噴射量制御部６４とにより、スロットル開度とエンジン５の回転数とを制限する（ステップＳＴ１０３）。また、これらのため、スロットルバルブ制御部６２と主燃料噴射量制御部６４とは、バルブ状態取得部６７でターボ前バルブ３１は常時閉じていることを検出した場合、またはターボ後バルブは常時閉じていることを検出した場合には、スロットル開度とエンジン５の回転数とを制限することによりエンジン５に対して過給圧を制限する制御を行う過給圧制限制御手段としても設けられている。この制御を行った後は、後述するステップＳＴ１０７に向かう。

これに対し、バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０４）により、ターボ後バルブ３２及びインジェクタ前バルブ３３は常時閉の状態ではないと判定された場合には、次に、ターボ後バルブ３２は、常時閉の状態であるかを判定する（ステップＳＴ１０５）。この判定は、バルブ状態判定部６８で行い、バルブ状態判定部６８は、バルブ状態取得部６７で取得したターボ後バルブ３２の状態は、常時閉の状態、つまり、閉じっぱなしの状態であるか否かを判定する。

バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０５）により、ターボ後バルブ３２は常時閉の状態であると判定された場合には、インジェクタ前バルブ３３を開く（ステップＳＴ１０６）。この制御は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する副排気通路バルブ制御部６６で行う。副排気通路バルブ制御部６６は、インジェクタ前バルブ３３に対して制御信号を送信することによりインジェクタ前バルブ３３を制御し、インジェクタ前バルブ３３を開く。この制御を行った後は、後述するステップＳＴ１０７に向かう。

スロットルバルブ制御部６２と主燃料噴射量制御部６４とにより、スロットル開度とエンジン５の回転数とを制限した場合（ステップＳＴ１０３）、または、副排気通路バルブ制御部６６でインジェクタ前バルブ３３を開いた場合（ステップＳＴ１０６）、または、バルブ状態判定部６８での判定（ステップＳＴ１０５）により、ターボ後バルブ３２は常時閉ではないと判定された場合には、次に、運転状況を取得する（ステップＳＴ１０７）。この取得は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する運転状況取得部６９で取得する。運転状況取得部６９は、ターボチャージャ５０による過給圧と、改質用燃料の性状としてエタノールの濃度とを取得する。さらに、排気温度導出部７０で排気ガスの温度を導出し、導出した排気ガスの温度を運転状況取得部６９で取得する。

排気温度導出部７０で排気ガスの温度を導出する際には、エンジン５の運転中における他の制御で用いられているエンジン５の回転数やトルクを取得し、取得した回転数及びトルクを、図６、図７に示すようなマップに照らし合わせてターボ前排気温度とターボ後排気温度とを導出する。運転状況取得部６９は、この排気温度導出部７０で導出したターボ前排気温度とターボ後排気温度とを取得する。なお、ターボ前排気温度とターボ後排気温度とを導出する際に用いるマップは、予めＥＣＵ６０の記憶部７７に記憶させておき、排気温度導出部７０でターボ前排気温度やターボ後排気温度を導出する際には、このマップを参照することにより導出する。

次に、改質可能温度を決定する（ステップＳＴ１０８）。この決定は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する改質可能温度決定部７１で行う。改質可能温度を決定する際には、図４、図５に示すようなマップを作成して予めＥＣＵ６０の記憶部７７に記憶させておき、運転状況取得部６９で取得したエタノールの濃度をこのマップに改質可能温度決定部７１で照らし合わせることにより、改質可能温度を決定する。

次に、ターボ前排気温度＞改質可能温度であるかを判定する（ステップＳＴ１０９）。この判定は、運転状況取得部６９で取得したターボ前排気温度が、改質可能温度決定部７１で決定した改質可能温度より高いか否かを、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する改質可能温度判定部７２で判定する。この判定を行う際には、運転状況取得部６９で取得したターボ前排気温度と改質可能温度決定部で決定した改質可能温度とが、改質可能温度判定部７２に伝達され、改質可能温度判定部７２でターボ前排気温度と改質可能温度とを比較する。

改質可能温度判定部７２での判定（ステップＳＴ１０９）により、ターボ前排気温度は改質可能温度より高くない、即ち、ターボ前排気温度は改質可能温度以下であると判定した場合には、改質触媒４２に流れる排気ガスの経路を、経路ｃにする（ステップＳＴ１１０）。排気ガスの経路を切り替える場合には、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する副排気通路バルブ制御部６６で、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３の開閉を制御することにより行う。即ち、副排気通路バルブ制御部６６で、ターボ前バルブ３１は閉じ、ターボ後バルブ３２は開き、インジェクタ前バルブ３３は開く制御を行う。これにより、改質触媒４２に流れる排気ガスは、ターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスである第２主排気通路２２を流れる排気ガスが、改質触媒４２に流れる。排気ガスの経路を経路ｃにする制御を行った後は、この処理手順から抜け出る。

これに対し、改質可能温度判定部７２での判定（ステップＳＴ１０９）により、ターボ前排気温度は改質可能温度より高いと判定した場合には、次に、ターボ後排気温度＜改質可能温度であるかを判定する（ステップＳＴ１１１）。この判定は、運転状況取得部６９で取得したターボ後排気温度が、改質可能温度決定部７１で決定した改質可能温度より低いか否かを、改質可能温度判定部７２で判定する。この判定を行う際には、運転状況取得部６９で取得したターボ後排気温度と改質可能温度決定部７１で決定した改質可能温度とが、改質可能温度判定部７２に伝達され、改質可能温度判定部７２でターボ後排気温度と改質可能温度とを比較する。

改質可能温度判定部７２での判定（ステップＳＴ１１１）により、ターボ後排気温度は改質可能温度より低いと判定した場合には、改質触媒４２に流れる排気ガスの経路を、経路ａにする（ステップＳＴ１１２）。この切り替えもステップＳＴ１１０における排気ガスの経路の切り替えと同様に、副排気通路バルブ制御部６６で行う。即ち、副排気通路バルブ制御部６６で、ターボ前バルブ３１は開き、ターボ後バルブ３２は閉じ、インジェクタ前バルブ３３は開く制御を行う。これにより、改質触媒４２に流れる排気ガスは、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスである第１主排気通路２１を流れる排気ガスが、改質触媒４２に流れる。排気ガスの経路を経路ａにする制御を行った後は、この処理手順から抜け出る。

これに対し、改質可能温度判定部７２での判定（ステップＳＴ１１１）により、ターボ後排気温度は改質可能温度より低くない、即ち、ターボ後排気温度は改質可能温度以上であると判定した場合には、次に、過給圧＞限界圧力であるかを判定する（ステップＳＴ１１３）。この判定は、運転状況取得部６９で取得した過給圧が、当該過給圧を増加させた際にエンジン５に破損が生じる圧力であり、過給圧の限界値である限界圧力より高いか否かを、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する過給圧判定部７３で判定する。この判定を行う際には、運転状況取得部６９で取得した過給圧が過給圧判定部７３に伝達され、過給圧判定部７３で過給圧と限界圧力とを比較する。なお、この限界圧力は、エンジン５の運転中における過給圧と比較する所定値として、予めＥＣＵ６０の記憶部７７に記憶されている。

過給圧判定部７３での判定（ステップＳＴ１１３）により、過給圧は限界圧力より高いと判定した場合には、改質触媒４２に流れる排気ガスの経路を、経路ｂにする（ステップＳＴ１１４）。この切り替えもステップＳＴ１１０やステップＳＴ１１２における排気ガスの経路の切り替えと同様に、副排気通路バルブ制御部６６で行う。即ち、副排気通路バルブ制御部６６で、ターボ前バルブ３１、ターボ後バルブ３２、インジェクタ前バルブ３３を全て開く制御を行う。これにより、改質触媒４２に流れる排気ガスは、ターボチャージャ５０に流れる前の排気ガスである第１主排気通路２１を流れる排気ガスと、ターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスである第２主排気通路２２を流れる排気ガスとが、改質触媒４２に流れる。排気ガスの経路を経路ｂにする制御を行った後は、この処理手順から抜け出る。

また、過給圧判定部７３での判定（ステップＳＴ１１３）により、過給圧は限界圧力より高くない、即ち、過給圧は限界圧力以下であると判定した場合には、改質触媒４２に流れる排気ガスの経路を、経路ｃにする（ステップＳＴ１１０）。排気ガスの経路を経路ｃにする制御を行った後は、この処理手順から抜け出る。

以上の燃料改質装置１は、ターボ前排気温度が改質可能温度より高く、且つ、ターボ後排気温度が改質可能温度未満の場合には、排気ガスの経路を経路ａにし、ターボ前バルブ３１を開くと共にターボ後バルブ３２を閉じるので、ターボチャージャ５０を通過した後の排気ガスの温度が低い場合には、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャ５０の上流側に位置する第１主排気通路２１から排気ガスを改質触媒４２に流すことができる。これにより、排気ガスの温度が、ターボチャージャ５０を通過させた場合における排気ガスの温度が改質可能温度未満になる温度であった場合でも、排気ガスを第１主排気通路２１から改質触媒４２に流すことにより、改質ガスを生成することができる。従って、排気ガスの温度が比較的低温でも改質ガスを生成することができるので、改質ガスを生成することのできる排気ガスの温度領域である改質可能領域を拡大することができる。また、ターボ前排気温度が改質可能温度以下の場合には、排気ガスの経路を経路ｃにし、ターボ前バルブ３１を閉じる共にターボ後バルブ３２を開くので、ターボチャージャ５０に流す排気ガスの流量を確保することができ、ターボ効率を維持することができる。この結果、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる。従って、改質用燃料が、複数の種類の燃料が混合されている場合でも、所定の燃料の濃度に応じて最適な排気ガス経路を選択でき、熱効率やトルクの向上を図ることができる。

また、ターボ後排気温度が改質可能温度よりも高く、且つ、過給圧が限界圧力以下の場合には、排気ガスの経路を経路ｃにし、ターボ前バルブ３１を閉じる共にターボ後バルブ３２を開くので、排気ガスの温度が高い場合には、排気ガスはターボチャージャ５０を作動させ、さらに第２副排気通路２４から改質触媒４２に向かって流れて改質触媒４２で改質される。これにより、より確実に改質可能領域を確保することができ、また、ターボ効率を確保することができる。また、このようにターボ前バルブ３１は閉じ、ターボ後バルブ３２を開く制御は、過給圧が限界圧力以下の場合に行っているので、ターボ前バルブ３１を閉じても過給圧が上昇し過ぎることを抑制できる。さらに、過給圧が限界圧力より高い場合には、排気ガスの経路を経路ｂにしてターボ前バルブ３１とターボ後バルブ３２とを共に開いているので、より多くの排気ガスを改質触媒４２の方向に流すことができ、過給圧が高くなり過ぎることに起因してエンジン５が破損することを抑制することができる。この結果、改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ると共に、エンジン５の破損を抑制することができる。また、ターボ効率を維持することにより、ターボチャージャ５０による過給効果が上がるので、エンジン１運転時の熱効率やトルクを上昇させることができる。また、ターボ前バルブ３１とターボ後バルブ３２とを共を開くことにより、より多くの排気ガスを改質触媒４２に流すことができ、より多くの改質ガスを改質触媒４２で生成することができる。

また、改質可能温度を、複数の種類の燃料の割合に基づいて導出する改質可能温度決定部７１を備えているので、改質用燃料が性状の異なる複数の種類の燃料からなる場合でも、より確実に改質可能温度を導出することができる。即ち、改質用燃料がエタノールとガソリンとを含んでいる場合でも、エタノールの濃度に基づいて改質可能温度決定部７１で改質可能温度を決定することができる。これにより、排気ガスの温度に応じて、より適切にターボ前バルブ３１とターボ後バルブ３２とを制御することができる。この結果、より確実に改質可能領域の確保とターボ効率の確保とを両立を図ることができる。

また、エンジン５の回転数とトルクとより排気ガスの温度を導出可能な排気温度導出部７０を備えているので、排気温度センサなどの検出手段を設けることなく、排気ガスの温度を導出することができる。この結果、製造コストの低減を図ることができる。

また、バルブ状態取得部６７でターボ前バルブ３１及びターボ後バルブ３２の開閉状態を検出し、ターボ前バルブ３１やターボ後バルブ３２が常時閉じていることを検出した場合には、過給圧制限制御手段として設けられるスロットルバルブ制御部６２や主燃料噴射量制御部６４でエンジン５に対して過給圧を制限する制御を行っている。これにより、ターボ前バルブ３１やターボ後バルブ３２が常時閉じた状態になることによって排気ガスが改質触媒４２の方向に流れなくなり、ターボチャージャ５０の過給圧が高くなる状況でも、過給圧を制限する制御を行うため、過給圧が高くなり過ぎる事を抑制できる。この結果、過給圧が高くなり過ぎる事に起因してエンジン５が破損する事を抑制することができる。

なお、上述した燃料改質装置１では、ターボ前排気温度とターボ後排気温度とは、エンジン１の回転数とトルクとより排気温度導出部７０によって導出するが、ターボ前排気温度とターボ後排気温度とは排気ガスの温度を検出可能な排気温度検出手段である排気温度センサ（図示省略）によって検出してもよい。この場合、排気温度センサは、第１主排気通路２１と第２主排気通路２２とに設けられているのが好ましい。

なお、上述した燃料改質装置１では、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、第２主排気通路２２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触媒部４０に接続されているが、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、これ以外の形態で配設されていてもよい。例えば、改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、第１副排気通路２３から触媒部４０内に流れ、さらに改質ガス通路４５に流れる排気ガスや改質ガスの流れが、第２主排気通路２２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。改質ガス通路４５と第１副排気通路２３とは、改質用燃料が供給された第１副排気通路２３内の排気ガスが触媒部４０内の改質触媒４２に流れて改質触媒４２で改質ガスを生成し、この改質ガス及び排気ガスが改質ガス通路４５に流れるように設けられていれば、その形態は問わない。

以上のように、本発明に係る燃料改質装置は、ターボチャージャを有するエンジンに有用であり、特に、改質用燃料が、性状の異なる複数の種類の燃料が混合されて用いられている場合に適している。

実施例に係る燃料改質装置を備えるエンジンの全体構成図である。 図１に示す燃料改質装置の要部構成図である。 改質触媒に流れる排気ガスの経路を示す説明図である。 改質温度と燃費効果との関係を示す説明図である。 エタノールの濃度と改質可能温度との関係を示す説明図である。 エンジンの回転数とトルクとターボチャージャに流れる前の排気ガスの温度との関係を示す説明図である。 エンジンの回転数とトルクとターボチャージャを通過した後の排気ガスの温度との関係を示す説明図である。 実施例に係る燃料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 燃料改質装置
５ エンジン
６ 燃焼室
１０ 吸気通路
１１ 第１吸気通路
１２ 第２吸気通路
１５ インジェクタ
１６ スロットルバルブ
１７ エアフロメータ
２０ 排気通路
２１ 第１主排気通路
２２ 第２主排気通路
２３ 第１副排気通路
２４ 第２副排気通路
３１ ターボ前バルブ
３２ ターボ後バルブ
３３ インジェクタ前バルブ
３５ 改質用燃料インジェクタ
４０ 触媒部
４１ 浄化触媒
４２ 改質触媒
４５ 改質ガス通路
５０ ターボチャージャ
６０ ＥＣＵ
６１ 処理部
６２ スロットルバルブ制御部
６３ 吸入空気量取得部
６４ 主燃料噴射量制御部
６５ 改質用燃料噴射量制御部
６６ 副排気通路バルブ制御部
６７ バルブ状態取得部
６８ バルブ状態判定部
６９ 運転状況取得部
７０ 排気温度導出部
７１ 改質可能温度決定部
７２ 改質可能温度判定部
７３ 過給圧判定部
７７ 記憶部
７８ 入力出部

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを浄化する浄化手段と、
   改質させる元になる燃料である改質用燃料を前記排気ガスに対して供給する改質用燃料供給手段と、
   前記改質用燃料供給手段で前記改質用燃料を供給する前記排気ガスの流れ方向における前記改質用燃料供給手段の下流側に位置しており、前記改質用燃料を前記排気ガスの熱を利用して吸熱反応させることにより前記燃焼室で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段と、
   前記排気ガスによって作動することにより前記内燃機関に対して大気圧よりも圧力を向上させて空気を供給可能なターボチャージャと、
   前記内燃機関と前記ターボチャージャとの間に設けられると共に前記内燃機関から前記ターボチャージャに向かう前記排気ガスが流れる通路である第１主排気通路と、
   前記ターボチャージャを通過した前記排気ガスが流れる通路である第２主排気通路と、
   前記第１主排気通路から分岐すると共に前記第１主排気通路から前記改質手段に向かう前記排気ガスが流れる第１副排気通路と、
   前記第２主排気通路から分岐すると共に前記第２主排気通路から前記改質手段に向かう前記排気ガスが流れる第２副排気通路と、
   前記第１副排気通路を開閉可能に設けられた第１副排気通路開閉手段と、
   前記第２副排気通路を開閉可能に設けられた第２副排気通路開閉手段と、
   前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度が前記改質手段で前記改質用燃料から前記改質ガスを生成可能な温度である改質可能温度より高く、且つ、前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度未満の場合には前記第１副排気通路開閉手段を開くと共に前記第２副排気通路開閉手段を閉じ、前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度以下の場合には前記第１副排気通路開閉手段を閉じる共に前記第２副排気通路開閉手段を開く制御をする排気通路開閉手段制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料改質装置。
2. 前記排気通路開閉手段制御手段は、さらに、前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度が前記改質可能温度よりも高く、且つ、前記ターボチャージャによって前記内燃機関に供給される前記空気の圧力である過給圧が前記過給圧の限界圧力以下の場合には前記第１副排気通路開閉手段を閉じる共に前記第２副排気通路開閉手段を開き、前記過給圧が前記限界圧力より高い場合には前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを共に開く制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
3. さらに、前記改質用燃料は性状の異なる複数の種類の燃料からなると共に前記改質可能温度を前記複数の種類の燃料の割合に基づいて導出する改質可能温度導出手段を備えており、
   前記排気通路開閉手段制御手段は、前記改質可能温度導出手段で導出した前記改質可能温度に基づいて前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料改質装置。
4. さらに、前記内燃機関の回転数とトルクとより、前記ターボチャージャに流れる前の前記排気ガスの温度と前記ターボチャージャを通過した後の前記排気ガスの温度とを導出可能な排気温度導出手段を備えており、
   前記排気通路開閉手段制御手段は、前記排気温度導出手段で導出した前記排気ガスの温度に基づいて前記第１副排気通路開閉手段と前記第２副排気通路開閉手段とを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
5. さらに、前記第１副排気通路開閉手段及び前記第２副排気通路開閉手段の開閉状態を検出可能な開閉状態検出手段と、
   前記開閉状態検出手段で前記第１副排気通路開閉手段は常時閉じていることを検出した場合、または前記第２副排気通路開閉手段は常時閉じていることを検出した場合には、前記内燃機関に対して前記過給圧を制限する制御を行う過給圧制限制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料改質装置。

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