JP2009162053A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、燃料改質触媒の劣化を確実に抑制することを目的とする。
【解決手段】ＥＧＲ通路３２，３６と、ＥＧＲガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射装置３４と、燃料改質触媒２６とを備える。燃料改質触媒２６は、排気通路２８を通る排気ガスの熱を受熱してＥＧＲガスと改質用燃料とを改質反応させることにより、ＥＧＲガスおよび改質用燃料を、可燃ガスを含む改質ガスに転換する。ＥＣＵ５０は、運転条件急変状態であると判定した場合には、改質用燃料噴射装置３４からの燃料噴射量を減量または禁止する。これにより、燃料改質触媒２６への燃料付着や酸素の流入を抑制し、燃料改質触媒２６での燃料の酸化反応（燃焼）を回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来より、燃料改質を利用して排気熱を回収することにより燃費性能の向上を図る内燃機関システムが知られている。このようなシステム（以下「熱回収型改質システム」と称する）では、ＥＧＲ通路の途中に燃料改質触媒を設け、ＥＧＲガスとともに燃料を燃料改質触媒に供給する。燃料改質触媒は、排気ガスの熱を利用して、燃料とＥＧＲガスとを改質反応させることにより、水素、一酸化炭素等の可燃ガスを含む改質ガスを生成させる。上記の改質反応は排気ガスの熱を吸熱する反応である。このため、生成された可燃ガスの熱量は、改質前の燃料の熱量よりも大きい。よって、内燃機関の熱効率を向上することができる。

特開２００６−１０５０１１号公報には、上述したような熱回収型改質システムが開示されている。同公報のシステムにおいて、筒内に流入させるべき可燃ガス量は、内燃機関の運転状態に基づいて決定される。よって、過渡運転時には、要求可燃ガス量が増大する場合がある。可燃ガス量を増大させるには、改質用燃料の噴射量を増加させるとともに、ＥＧＲ弁開度を増大させる必要がある。しかしながら、添加された改質用燃料が改質反応を経て可燃ガスに転換されるまでには、遅れがある。同公報では、上記の遅れを見込んで、改質用燃料の噴射量を増加させた後、ＥＧＲ弁開度を遅れて増大させるようにしている。

特開２００６−１０５０１１号公報 特許第２９３６９７０号公報 特開２００６−２９１７７５号公報 特開２００６−２９９８３１号公報

前述したように、上記公報に記載されている熱回収型改質システムでは、過渡運転状態においても、燃料改質を伴う改質運転を実行するようにしている。しかしながら、以下に述べるように、運転条件の変化が急激である場合に改質運転を実行すると、次のような問題が生ずるおそれがある。

燃料改質触媒で改質反応処理可能な燃料量の上限は、ＥＧＲ流量や燃料改質触媒の温度などによって変化する。このため、運転条件の急変により排気圧力や排気ガス温度が急激に変動する状態では、ＥＧＲ流量や燃料改質触媒の温度も急激に変動するので、改質反応処理可能な燃料量も急激に変動する。このため、燃料改質触媒に供給される燃料量が過不足になり易い。そして、燃料改質触媒に供給される燃料量が過多となった場合には、燃料改質触媒に燃料が付着して残存してしまう。この付着燃料が後に酸素と反応して燃焼すると、燃料改質触媒が異常な高温となり、触媒性能の劣化や触媒担体の熱破壊などを生じるおそれがある。

また、噴射された改質用燃料が改質反応を経て可燃ガスに転換し、ＥＧＲ通路を経て筒内へ流入するまでには、時間遅れがある。このため、運転条件の急変に伴って要求可燃ガス量が急変すると、筒内に実際に流入する可燃ガス量が要求可燃ガス量の変動に追従しきれなくなる。このため、空燃比の制御誤差が大きくなり易い。更に、運転条件が急変すると、燃料改質触媒に供給される燃料量の過不足によって改質ガス中の可燃ガス濃度が変動し易いとともに、排気圧力や排気ガス温度が変動するために、ＥＧＲ弁開度が同じであっても吸気通路に流入する改質ガス流量が変化する。よって、筒内に流入する可燃ガス量の制御が極めて困難となる。この理由からも、空燃比の制御誤差が大きくなり易い。このようなことから、運転条件が急変するときに改質運転を実行すると、適正な空燃比が実現できず、ドライバビリティやエミッションが悪化し易い。そして、空燃比がリーン側にずれた場合、あるいは燃料カットが実行された場合には、酸素を含むガスがＥＧＲガスとして燃料改質触媒に流入する。その結果、前述したように、燃料改質触媒の付着燃料と酸素が燃焼反応して、燃料改質触媒が異常な高温となり、燃料改質触媒がダメージを受けるおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、燃料改質触媒の劣化を確実に抑制することのできる内燃機関の制御装置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、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路から取り出したＥＧＲガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
前記ＥＧＲ通路の途中であって前記改質用燃料噴射手段の下流側に配置され、前記ＥＧＲガスと前記改質用燃料とを改質反応させることにより、前記ＥＧＲガスおよび前記改質用燃料を、可燃ガスを含む改質ガスに転換する燃料改質触媒と、
前記改質反応に要する熱を前記燃料改質触媒に供給する熱供給手段と、
前記内燃機関の運転条件を表す所定の運転条件パラメータの変化速度を取得する運転条件パラメータ変化速度取得手段と、
前記運転条件パラメータの変化速度が所定の閾値より大きい場合に運転条件急変状態と判定する急変判定手段と、
運転条件急変状態であると判定された場合に、運転条件急変状態でないと判定された場合に比して、前記改質用燃料噴射手段の燃料噴射量を減量する改質用燃料噴射制限手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記改質用燃料噴射制限手段は、運転条件急変状態であると判定された場合に、前記改質用燃料噴射手段による燃料噴射を禁止することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記閾値は、前記燃料改質触媒において燃料の酸化反応が生ずることを抑制可能な値として設定されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
所定条件の成立時に前記主燃料噴射手段からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する燃料カット手段と、
前記改質用燃料噴射手段により燃料を供給しつつ前記改質ガスを前記吸気通路に還流させる改質運転と、前記改質用燃料噴射手段から燃料を噴射しない非改質運転とを切り換える運転切換手段と、
前記改質運転の実行時に、前記燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
ＥＧＲ率を調整するＥＧＲ率調整手段と、
前記改質用燃料噴射制限手段により前記改質用燃料噴射手段の燃料噴射が制限された場合に、ＥＧＲ率を低下させるＥＧＲ制限手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記熱供給手段は、前記内燃機関の排気ガスの熱を前記燃料改質触媒に伝熱させる熱交換器で構成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、運転条件急変状態であると判定された場合には、改質用燃料の噴射量を減量することができる。改質用燃料を噴射してから、その燃料が燃料改質触媒に到達して改質反応し、その反応により生成された改質ガスが筒内へ流入するまでには、時間遅れがある。このため、運転条件急変状態では、燃料改質量や筒内への改質ガス流入量などが要求値の変動に十分に追従できなくなる。また、運転条件急変状態では、ＥＧＲ通路のガス流量や燃料改質触媒の温度が急激に変動するため、改質反応を正常に継続することが難しくなる。このため、燃料改質触媒に燃料が付着残留したり、燃料改質触媒に酸素が流入したりし易い。その付着燃料が酸化（燃焼）反応すると、燃料改質触媒が異常な高温となり、燃料改質触媒が劣化するおそれがある。第１の発明によれば、運転条件急変状態において改質用燃料噴射量を減量することにより、燃料改質触媒への燃料付着や酸素の流入を抑制し、燃料改質触媒での燃料の酸化反応が生ずることを確実に回避することができる。このため、燃料改質触媒の劣化を確実に防止することができる。

第２の発明によれば、運転条件急変状態であると判定された場合に、改質用燃料噴射を禁止することができる。このため、燃料改質触媒への燃料付着や酸素の流入をより確実に抑制することができ、燃料改質触媒の劣化をより確実に防止することができる。

第３の発明によれば、運転条件急変状態であると判定する閾値を、燃料改質触媒において燃料の酸化反応が生ずることを抑制可能な値として設定することにより、燃料改質触媒の劣化をより確実に防止することができる。

第４の発明によれば、改質運転の実行時に、燃料カットを禁止することができる。このため、改質運転中に燃料改質触媒に酸素が流入することをより確実に抑制することができるので、燃料改質触媒において燃料の酸化反応が生ずることをより確実に回避することができる。また、改質運転時に燃料改質触媒に空気が流通することを防止することができるので、燃料改質触媒の温度低下を確実に抑制することができる。このため、燃料改質触媒の温度を維持することができ、改質反応を良好に継続させることができる。

第５の発明によれば、運転条件急変状態と判定されて改質用燃料噴射が制限された場合に、ＥＧＲ率を低下させることができる。これにより、内燃機関の燃焼状態や空燃比を安定化させ、排気ガスの状態を良好とすることができるので、燃料改質触媒に流入するＥＧＲガス中に未燃燃料や酸素が残存することを確実に抑制することができる。その結果、燃料改質触媒への未燃燃料や酸素の流入をより確実に抑制することができる。よって、燃料改質触媒において燃料の酸化反応が生ずることをより確実に抑制することができる。

第６の発明によれば、内燃機関の排気ガスの熱を燃料改質触媒に伝熱させ、燃料改質反応に吸熱させることができる。このため、内燃機関の廃熱を回収することができ、熱効率を十分に向上することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、多気筒型（図示の構成では４気筒）の内燃機関１０を備えている。本システムで使用される燃料は、特に限定されず、通常のガソリン等の炭化水素燃料のほか、アルコール（エタノール等）を含むバイオ燃料などを用いることもできる。

内燃機関１０の吸気通路１２は、吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。吸気通路１２の途中には、吸入空気量を調整する電動式のスロットル弁１６が設置されている。各気筒の吸気ポートには、燃料を噴射するための電磁弁等からなる主燃料噴射装置１８がそれぞれ設けられている。なお、主燃料噴射装置１８は、吸気ポート内でなく、筒内に燃料を直接に噴射するように設けられていてもよい。

内燃機関１０の排気通路２０は、排気マニホールド２２を介して各気筒の排気ポートに接続されている。排気通路２０の途中には、燃料改質器２４が設けられている。そして、燃料改質器２４の内部には、燃料改質触媒２６を構成する空間が形成されている。この燃料改質触媒２６内には、後述する改質反応を触媒する作用を有する金属（例えばＲｈ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ等）が担体に担持されて設置されている。

また、燃料改質器２４の内部には、並行する複数の通路からなる排気通路２８が設けられている。この排気通路２８と、燃料改質触媒２６とは、隔壁で隔てられ、遮断されている。排気通路２８の入口は、排気通路２０に接続され、出口は排気通路３０に接続されている。このような構成により、燃料改質触媒２６は、排気通路２８を通る排気ガスの熱を受熱することができる。この熱を反応熱とすることにより、燃料改質触媒２６は、後述する改質反応を生じさせることができる。すなわち、燃料改質器２４は、排気通路２８を通る排気ガスの熱を燃料改質触媒２６に伝熱させる熱交換器としての機能を有している。

燃料改質器２４の上流側の排気通路２０からは、ＥＧＲ通路３２が分岐している。このＥＧＲ通路３２によれば、排気通路２０を通る排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出すことができる。ＥＧＲ通路３２は、燃料改質触媒２６に接続されている。ＥＧＲ通路３２の途中には、改質反応に供するための燃料（以下、改質用燃料とも言う）をＥＧＲガス中に噴射する改質用燃料噴射装置３４が設けられている。改質用燃料噴射装置３４から噴射された燃料は、ＥＧＲガスと共に燃料改質触媒２６に流入し、燃料改質触媒２６の作用によって改質反応を起こす。

燃料改質触媒２６には、ＥＧＲ通路３６の一端が更に接続されている。このＥＧＲ通路３６の他端は、吸気通路１２に接続されている。このＥＧＲ通路３６を通して、後述する改質ガス、あるいは単なるＥＧＲガスを、吸気通路１２内に還流させ、吸入空気と混合させることができる。ＥＧＲ通路３６の途中には、ＥＧＲ通路３６を通るガスを冷却するＥＧＲクーラ３８と、ＥＧＲ通路３６を開閉可能な電磁弁等で構成されるＥＧＲ弁４０とが設けられている。

排気通路２０を流れる排気ガスのうち、ＥＧＲ通路３２に流入しなかった残りの排気ガスは、排気通路２８，３０を順次通過して、大気中に放出される。燃料改質器２４の下流側の排気通路３０の途中には、有害成分を浄化する三元触媒等を担持した排気浄化触媒４２や、図示しないマフラーが配置されている。また、排気通路２８にも有害成分を浄化する触媒が担持されていてもよい。排気通路２８に排気浄化触媒を担持させることにより、浄化反応の反応熱を排気通路２８で発生させることができるので、燃料改質触媒２６の受熱量（熱回収量）を更に増大させることができ、改質効率を向上することができる。

内燃機関１０が使用する燃料は、燃料タンク４４に貯留されている。燃料タンク４４には、タンク内の燃料を加圧した状態で外部に送出するための燃料ポンプ（図示せず）が付設されている。この燃料ポンプの吐出側には、ポンプから吐出された燃料を主燃料噴射装置１８及び改質用燃料噴射装置３４にそれぞれ供給する燃料配管４６が接続されている。

更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、触媒温度センサ５４、排気ガスセンサ５６等を含むセンサ系統が接続されている。

触媒温度センサ５４は、燃料改質触媒２６に設けられており、燃料改質触媒２６の温度を検出する。排気ガスセンサ５６は、排気通路２０に設けられており、排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力するものである。

また、センサ系統には、例えば機関回転数を検出する回転センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁１６の開度を検出するスロットル開度センサ等のように、内燃機関１０の運転制御に用いられる一般的なセンサが含まれている。

一方、ＥＣＵ５０の出力側には、前述したスロットル弁１６、主燃料噴射装置１８、改質用燃料噴射装置３４、ＥＧＲ弁４０、燃料ポンプ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転状態をセンサ系統によって検出しつつ、各アクチュエータを駆動することによって運転制御を行う。

この運転制御では、吸入空気量等に応じて燃料の噴射量を算出し、当該噴射量分の燃料を主燃料噴射装置１８から噴射させる。また、排気ガスセンサ５６の検出信号を用いて空燃比フィードバック制御を行うことにより、排気浄化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、主燃料噴射装置１８の燃料噴射量を制御する。

（改質運転）
上述したような内燃機関１０は、排気ガス（ＥＧＲガス）と改質用燃料との改質反応によって生成された改質ガスを吸気通路１２内に還流させる改質運転を実行可能になっている。改質運転時には、ＥＧＲ通路３２内を流れるＥＧＲガスに対して改質用燃料噴射装置３４から改質用燃料を噴射することにより、改質用燃料を燃料改質触媒２６に供給する。このとき、ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の運転状態、ＥＧＲ流量、燃料改質触媒２６の温度等に応じて、改質用燃料の適切な噴射量（供給量）を決定する。

燃料改質触媒２６内では、触媒作用を有する前述したような種類の金属の作用により、改質用燃料と、ＥＧＲガス中の成分とが改質反応（水蒸気改質反応）を起こす。燃料改質触媒２６で生ずる主な改質反応の化学反応式は、改質用燃料が例えばガソリンである場合には下記式（１）で、改質用燃料が例えばエタノールである場合には下記式（２）で、それぞれ表すことができる。

1.56（7.6CO₂＋6.8H₂O＋40.8N₂）＋3C_7.6H_13.6＋Q1
→31H₂＋34.7CO＋63.6N₂ ・・・（１）
C₂H₅OH＋0.4CO₂＋0.6H₂O＋2.3N₂＋Q2→3.6H₂＋2.4CO＋2.3N₂ ・・・（２）

上記のような改質反応によれば、改質用燃料を、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）等の可燃ガスに転換させることができる。

上記（１）式中の熱量Q1、及び（２）式中の熱量Q2は、改質反応によって吸収される反応熱である。即ち、これらの改質反応は吸熱反応であるから、上記（１），（２）式中の右辺の可燃ガスの有する熱量は、当該各式の左辺に記載された反応前の物質が有する熱量よりも大きくなる。

このため、燃料改質器２４によれば、燃料改質触媒２６が排気通路２８から受熱した熱を、上記改質反応に吸収させることができる。つまり、本実施の形態のシステムでは、排気ガスの熱を回収、利用して、改質用燃料を、より熱量の大きい物質（Ｈ_２、ＣＯ等）に転換することができる。

上記の改質反応により生成した可燃ガスを含む改質ガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気通路１２内に流入し、吸入空気と混合された上で、内燃機関１０の気筒内に流入する。そして、改質ガス中の可燃ガス（Ｈ_２、ＣＯ等）は、主燃料噴射装置１８から噴射された燃料と共に気筒内で燃焼する。ＥＣＵ５０には、改質運転時に内燃機関１０の気筒内に流入させるべき要求可燃ガス量を運転条件等に基づいて決定するためのマップが記憶されている。ＥＣＵ５０は、気筒内に流入する可燃ガス量がその要求可燃ガス量となるように、改質ガス流量をＥＧＲ弁４０によって制御するとともに、空燃比を目標空燃比とする上で必要な総燃料量から、流入した可燃ガス量を差し引いた残りの分の燃料を、主燃料噴射手段１８から噴射させる。

改質ガスは、前述したように、燃料改質器２４によって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。よって、改質運転時には、改質ガスを吸気系に還流させて燃料の一部として内燃機関１０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１０の燃費性能を改善することができる。

また、改質ガスを吸気系に還流させることは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の一種でもある。よって、改質運転によれば、ＥＧＲの一般的な効果、すなわちポンプ損失低減による燃費改善効果や燃焼温度低下によるＮＯｘ生成量低減効果などを得ることもできる。このことに関連して、改質運転には更に次のような利点がある。通常のＥＧＲ運転の場合には、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、改質運転の場合には、高い燃焼性を有する（燃焼速度の速い）水素ガス（Ｈ_２）が改質ガスに含まれているので、ＥＧＲ率を高くしても燃焼が不安定になりにくく、ＥＧＲ率の限界を高くすることができる。よって、改質運転時には、大量ＥＧＲが可能となるので、ポンプ損失低減による燃費改善効果や燃焼温度低下によるＮＯｘ生成量低減効果などをより大きく発揮させることができる。

（非改質運転）
本実施形態の内燃機関１０は、上述したような燃料改質を利用せず、主燃料噴射装置１８から噴射する燃料のみを燃焼させて運転することも可能となっている。このような運転を以下「非改質運転」と称する。非改質運転には、ＥＧＲ通路３２，３６を介してＥＧＲガスを吸気通路１２に還流させる通常のＥＧＲを伴うＥＧＲ運転と、ＥＧＲ弁４０を閉じることによりＥＧＲ通路３２，３６にＥＧＲガスを流さないようにする非ＥＧＲ運転とが含まれる。

改質運転には上述したような特長があるため、非改質運転を行う場合と比べ、内燃機関１０の燃費（熱効率）を大幅に改善することができる。このため、燃費性能を改善する観点からは、なるべく広範囲な状況下で改質運転を行うことが望まれる。

しかしながら、本発明者らの知見によれば、以下に説明するように、内燃機関１０の運転条件（回転数や負荷等）の変化が急速な場合に改質運転を実行すると、燃料改質触媒２６の劣化が進行し易いという問題がある。

燃料改質触媒２６で改質反応処理が可能な限界の燃料量は、ＥＧＲ流量や燃料改質触媒２６の温度などによって変動する。運転条件の急変に伴って排気圧力や排気ガス温度などが急激に変動すると、ＥＧＲ流量や燃料改質触媒２６の温度が急激に変動するので、改質反応処理可能な燃料量も急激に変動する。このため、改質用燃料噴射装置３４の噴射量がその変化に追従できず、燃料改質触媒２６に供給される燃料量が過不足になり易い。そして、改質用燃料が過多となった場合には、燃料改質触媒２６に燃料が付着して残存してしまう。この付着燃料が、後に、燃料カットの実行等によって燃料改質触媒２６に流入した酸素と反応して燃焼すると、燃料改質触媒２６が異常な高温となり、触媒性能の低下や触媒担体の熱破壊など（以下、「燃料改質触媒２６の劣化」と称する）を生じ易い。また、改質反応を正常に行うことができなくなり、改質量（可燃ガス生成量）が変化してしまうこともある。

更に、次のような問題もある。噴射された改質用燃料が改質反応を経て可燃ガスに転換し、更にＥＧＲ通路３６および吸気通路１２を経て筒内へ流入するまでには、時間遅れがある。このため、運転条件の急変に伴って要求可燃ガス量が急変すると、筒内に実際に流入する可燃ガス量が要求可燃ガス量の変動に追従しきれなくなる。その結果、実空燃比の目標空燃比からの制御ずれが大きくなり易い。更に、運転条件急変時には、上述したように、燃料改質触媒２６に供給される燃料量の過不足によって改質ガス中の可燃ガス濃度が変動し易いとともに、排気圧力や排気ガス温度が変動するために、ＥＧＲ弁４０の開度が同じであっても、吸気通路１２に流入する改質ガス流量が変化する。よって、筒内に流入する可燃ガス量を精度良く制御することが極めて困難となる。このようなことから、運転条件急変時に改質運転を実行すると、空燃比の制御ずれが大きくなり易い。その結果、内燃機関１０の失火が置き易くなる。失火が生ずると、未燃燃料や酸素が排気通路２０およびＥＧＲ通路３２を介して燃料改質触媒２６に流入する。そうすると、前記と同様に、燃料改質触媒２６で燃料と酸素が燃焼反応して、燃料改質触媒２６が異常な高温となり、燃料改質触媒２６が劣化し易くなる。

以上述べたように、運転条件急変時に改質運転を実行すると、燃料改質触媒２６での燃料の酸化反応を招き易いため、燃料改質触媒２６が異常な高温となり、燃料改質触媒２６が劣化し易くなる。そこで、本実施形態では、運転条件急変時には、改質用燃料の噴射を禁止し、改質運転を実行しないこととした。

更に、本実施形態では、燃料改質触媒２６における燃料の酸化反応が生ずることをより確実に防止するべく、改質運転時には内燃機関１０の燃料カットを禁止することとした。内燃機関１０の減速時には、通常、燃料消費量を節約するため、主燃料噴射装置１８からの燃料噴射を停止する燃料カットが実行される。燃料カットが実行されると、空気が排気通路２０に流通する。よって、改質運転中に内燃機関１０が減速状態となって燃料カットが実行された場合には、ＥＧＲ通路３２を介して燃料改質触媒２６にも空気が流入する。このため、燃料改質触媒２６に付着燃料が残留していた場合には、その付着燃料が流入した空気中の酸素と酸化反応するおそれがある。そこで、本実施形態では、このような事態を確実に回避するため、改質運転時には内燃機関１０の燃料カットを禁止することとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図２および図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０の運転条件が急変している状態（以下「運転条件急変状態」と称する）であるか否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、例えばアクセル開度変化速度、要求トルク変化速度、機関回転数変化速度、吸入空気量変化速度、スロットル開度変化速度のうちの少なくとも一つが各センサ信号に基づいて算出され、その変化速度が所定の閾値を超えている場合には、運転条件急変状態であると判定される。なお、上記閾値は、運転条件の変化速度がこの閾値以下であれば、前述したような燃料の酸化反応が燃料改質触媒２６において生ずることを確実に抑制することができるような値として、予め設定されている。

上記ステップ１００において、上記運転条件パラメータの変化速度が閾値以下である場合、つまり運転条件急変状態ではないと判定された場合には、改質運転を実行しても燃料改質触媒２６の劣化を招くことはないと判断できる。よって、この場合には、改質用燃料の噴射を禁止する必要はないので、本ルーチンの処理がそのまま終了される。

一方、上記ステップ１００において、上記運転条件パラメータの変化速度が閾値を超えている場合、つまり運転条件急変状態であると判定された場合には、改質用燃料噴射装置３４からの燃料噴射が禁止される（ステップ１０２）。これにより、改質運転中であった場合には、改質用燃料噴射装置３４からの燃料噴射が停止される。

上記ステップ１０２の処理に続いて、改質運転中であるか否かが判別される（ステップ１０４）。このステップ１０４において、改質運転中でない（非改質運転中である）と判別された場合には、本ルーチンの処理がそのまま終了される。一方、改質運転中であると判別された場合には、改質運転を停止して非改質運転に切り換えるための処理が実行される（ステップ１０６）。

上記ステップ１０６においては、例えば、次のような処理が実行される。
・改質ガス（可燃ガス）が気筒内に供給されなくなる分を補うために、主燃料噴射装置１８からの燃料噴射量を増量する処理が実施される。
・改質ガス中の水素ガスが気筒内に供給されなくなることに伴い、ＥＧＲ限界が低下する。このことに対応するため、ＥＧＲ弁４０の開度を小さくすることにより、ＥＧＲ率を低下させる処理が実施される。なお、この処理では、ＥＧＲ弁４０を閉じてＥＧＲを停止するようにしてもよい。
・燃焼速度の速い水素ガス等が気筒に供給される改質運転時と、液体燃料のみが燃焼する非改質運転時とでは、最適点火時期が大きく異なる。このことに対応するため、点火時期を非改質運転時用に変更する処理が実施される。

図３は、改質運転時に燃料カットを禁止するためのルーチンである。このルーチンによれば、まず、改質運転中であるか否かが判別される（ステップ１０８）。このステップ１０８において、改質運転中であると判別された場合には、次に、燃料カットを禁止する処理が実行される（ステップ１１０）。このステップ１１０の処理が実行された場合には、内燃機関１０が減速状態になったとしても、燃料カットを実行せず、主燃料噴射装置１８からの燃料噴射が継続される。一方、上記ステップ１０８において、改質運転中でない（非改質運転中である）と判別された場合には、燃料カットの禁止を解除する処理が実行される（ステップ１１２）。

以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関１０の運転条件の急変により、改質用燃料の噴射量や筒内への可燃ガス流入量が要求値の変動に十分に追従できなくなるような場合には、改質用燃料噴射装置３４からの燃料噴射を禁止することにより、改質運転を停止することができる。これにより、燃料改質触媒２６に付着燃料が残留したり、燃料改質触媒２６に酸素が流入したりすることを確実に防止することができる。このため、燃料改質触媒２６において燃料の酸化反応が生ずることを確実に抑制することができ、燃料改質触媒２６の異常昇温やこれに起因する燃料改質触媒２６の劣化を確実に防止することができる。

更に、本実施形態では、改質運転時に燃料カットを禁止することにより、燃料改質触媒２６への酸素の流入をより確実に防止することができる。また、改質運転時に燃料改質触媒２６に空気が流通することを防止することができるので、燃料改質触媒２６の温度低下を確実に抑制することができる。このため、燃料改質触媒２６を活性温度に維持することができ、改質反応を良好に継続させることができる。

なお、本実施形態では、運転条件急変状態と判定された場合に、改質用燃料噴射を禁止するようにしているが、本発明では、運転条件急変状態のときに改質用燃料噴射量を必ずしもゼロにしなくてもよく、燃料改質触媒２６に付着燃料が残留したり、燃料改質触媒２６に酸素が流入したりすることを防止することができる範囲内であれば、改質用燃料噴射を継続してもよい。すなわち、本発明では、運転条件急変状態と判定された場合に、少なくとも、燃料改質触媒２６に付着燃料が残留したり、燃料改質触媒２６に酸素が流入したりすることが抑制でき、燃料改質触媒２６における燃料の酸化反応が生ずることを抑制することができる程度にまで、改質用燃料噴射量を減量するようにすればよい。

また、本実施形態では、燃料改質器２４において、内燃機関１０の排気ガスの熱を燃料改質触媒２６に伝熱させ、改質反応に吸熱させるようにしているが、本発明は、燃料改質触媒２６に加える熱を排気ガスの熱で賄う構成に限定されるものではない。すなわち、本発明では、燃料改質触媒２６をヒータや燃焼器などで加熱する構成としてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、改質用燃料噴射装置３４が前記第１の発明における「改質用燃料噴射手段」に、燃料改質器２４が前記第１の発明における「熱供給手段」に、主燃料噴射装置１８が前記第４の発明における「主燃料噴射手段」に、ＥＧＲ弁４０が前記第５の発明における「ＥＧＲ率調整手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「運転条件パラメータ変化速度取得手段」および「急変判定手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「改質用燃料噴射制限手段」が、内燃機関１０の減速時に主燃料噴射装置１８からの燃料噴射を停止させることにより前記第４の発明における「燃料カット手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「運転切換手段」および前記第５の発明における「ＥＧＲ制限手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「燃料カット禁止手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ 主燃料噴射装置
２０，２８，３０ 排気通路
２４ 燃料改質器
２６ 燃料改質触媒
３２，３６ ＥＧＲ通路
３４ 改質用燃料噴射装置
３８ ＥＧＲクーラ
４０ ＥＧＲ弁
４２ 排気浄化触媒
４４ 燃料タンク
４６ 燃料配管
５０ ＥＣＵ
５４ 触媒温度センサ
５６ 排気ガスセンサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路から取り出したＥＧＲガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
   前記ＥＧＲ通路の途中であって前記改質用燃料噴射手段の下流側に配置され、前記ＥＧＲガスと前記改質用燃料とを改質反応させることにより、前記ＥＧＲガスおよび前記改質用燃料を、可燃ガスを含む改質ガスに転換する燃料改質触媒と、
   前記改質反応に要する熱を前記燃料改質触媒に供給する熱供給手段と、
   前記内燃機関の運転条件を表す所定の運転条件パラメータの変化速度を取得する運転条件パラメータ変化速度取得手段と、
   前記運転条件パラメータの変化速度が所定の閾値より大きい場合に運転条件急変状態と判定する急変判定手段と、
   運転条件急変状態であると判定された場合に、運転条件急変状態でないと判定された場合に比して、前記改質用燃料噴射手段の燃料噴射量を減量する改質用燃料噴射制限手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記改質用燃料噴射制限手段は、運転条件急変状態であると判定された場合に、前記改質用燃料噴射手段による燃料噴射を禁止することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記閾値は、前記燃料改質触媒において燃料の酸化反応が生ずることを抑制可能な値として設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
   所定条件の成立時に前記主燃料噴射手段からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する燃料カット手段と、
   前記改質用燃料噴射手段により燃料を供給しつつ前記改質ガスを前記吸気通路に還流させる改質運転と、前記改質用燃料噴射手段から燃料を噴射しない非改質運転とを切り換える運転切換手段と、
   前記改質運転の実行時に、前記燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. ＥＧＲ率を調整するＥＧＲ率調整手段と、
   前記改質用燃料噴射制限手段により前記改質用燃料噴射手段の燃料噴射が制限された場合に、ＥＧＲ率を低下させるＥＧＲ制限手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記熱供給手段は、前記内燃機関の排気ガスの熱を前記燃料改質触媒に伝熱させる熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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