JP2014125980A - エンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレがあっても、燃焼状態を悪化させることことなく高ＥＧＲ率での運転を可能として燃費を向上し得る制御装置を提供する。
【解決手段】排気の一部を吸気管（２）に還流するＥＧＲ通路（８）と、ＥＧＲ通路（８）を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁（９）と、ＥＧＲ領域でＥＧＲ弁（９）を流れるＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲガス量制御手段（２１）と、ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段（３１）と、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて燃焼室での燃焼開始時期または点火エネルギーを制御する燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段（２１）とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関（以下「エンジン」という。）の制御装置及び制御方法、特にＥＧＲ装置を備えるものに関する。

ＥＧＲ通路にあって炭化水素添加手段により添加された炭化水素を水素分子に改質する改質触媒を備えるものがある（特許文献１参照）。このものでは、ＥＧＲ領域でエンジン燃焼を活性化する成分（水素分子）を生成し、この成分を酸化することなく燃焼室に供給する。この燃焼活性化成分の供給で燃焼安定性を良くし、その燃焼安定性を良くした分だけＥＧＲ率を大きくして高ＥＧＲ率の燃焼を成立させ、高ＥＧＲ率とすることによって燃費を向上させるようにしている。

特開２００５−９８２２６号公報

ところで、ＥＧＲ領域でＥＧＲガスだけでなく、水素分子などの燃焼活性化成分を燃焼室に供給する場合、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレによって、燃焼状態が悪化することがある。燃焼状態が悪化すると失火やノッキングが起こる。しかしながら、上記特許文献１の技術では、こうした点については一切記載がない。

そこで本発明は、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングのズレがあっても、燃焼状態を悪化させることことなく高ＥＧＲ率での運転を可能として燃費を向上し得る制御装置を提供することを目的とする。

本発明のエンジンの制御装置は、排気の一部を吸気管に還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁と、ＥＧＲ領域で前記ＥＧＲ弁を流れるＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲガス量制御手段と、前記ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段とを備えている。本発明のエンジンの制御装置は、さらに燃焼室に供給される前記ＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて燃焼室での燃焼開始時期または点火エネルギーを制御する燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段を備えるものである。

本発明によれば、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて燃焼室での燃焼開始時期または燃焼室内の混合気に与える点火エネルギーを制御するので、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレがあっても、燃焼状態を悪化させることなく高ＥＧＲ率での運転を可能として燃費を向上できる。

本発明の第１実施形態のガソリンエンジンの概略構成図である。 エンジンの運転領域図である。 第１実施形態のＥＧＲ弁開口面積の算出を説明するためのフローチャートである。 目標エンジントルクの特性図である。 目標ＥＧＲ率の特性図である。 第１実施形態の改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅、点火時期指令値の算出を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅、点火時期指令値の算出を説明するためのフローチャートである。 点火時期補正量の特性図である。 第２実施形態の改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅、点火時期指令値、点火コイル通電時間の算出を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅、点火時期指令値、点火コイル通電時間の算出を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の通電時間補正量の特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のガソリンエンジン１の概略構成図である。図１において、空気（新気）は吸気管２を経て燃焼室（図示しない）に供給される。空気の量は電制スロットル弁１１により調整される。燃料タンク１３からの燃料（ガソリン）は燃料供給通路１６を介して吸気管２に設けた各気筒の燃料インジェクタ１２に供給され、燃料インジェクタ１２より各気筒の吸気ポートに向けて噴射供給される。この噴射された燃料は、吸気管２を流れる空気と混合しつつ気化し、燃焼室に流入して混合気を形成する。なお、本発明では、後述するように燃料改質器３１の上流にも燃料インジェクタ３３を設けるので、両者を区別するため、各気筒の吸気ポートに設ける燃料インジェクタ１２を「メイン燃料インジェクタ」という。なお、吸気管２に過給装置３を備えているが、なくてもかまわない。

シリンダ５内に供給された混合気に対して各気筒の点火プラグ１４で火花点火を行うことで混合気が燃焼し、その燃焼圧力がピストンを押し下げる仕事をしてクランクシャフトを回転駆動する。点火装置１５は点火コイルとパワートランジスタとで構成され、パワートランジスタが点火コイルの一次側電流を切断したタイミングで２次側の高電圧電流が点火プラグ１４に供給される。つまり、パワートランジスタがＯＦＦとなるタイミングが点火時期である。パワートランジスタがＯＮとなっている間は、点火コイルの一次側とバッテリとが接続され、バッテリからの電力が点火コイルの一次側に蓄えられる。

燃焼の終わったガスは排気として排気管６に出される。排気に含まれる有害三成分は三元触媒７によって浄化した後に大気に放出する。三元触媒７は、排気中の有害三成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ_x）を無害の成分（ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＮ₂）にする触媒である。例えばＰｔとＲｈの混合物またはＰｔとＰｄとＲｈの混合物をアルミナに担持させたもので構成する。

排気の一部は三元触媒７の上流で分岐し、過給装置３上流の吸気管２に合流するＥＧＲ通路８を介して吸気管２に戻される。ＥＧＲ通路８を流れるＥＧＲガス量を調整するためＥＧＲ弁９を備える。ＥＧＲ弁９はアクチュエータ１０により駆動される。吸気管２に合流する直前のＥＧＲ通路８にはＥＧＲガスを冷却する冷却器３６を備えている。

エンジンコントローラ２１には、アクセルセンサ２２からのアクセル開度ＡＣＣ、クランク角センサ２３からのクランク角、エアフローメータ２４からの吸入空気量Ｑａの各信号が入力されている。エンジンコントローラ２１では、電制スロットル弁１１を介してエンジン１に供給する空気の量を、各気筒のメイン燃料インジェクタ１２を介してエンジン１に供給する燃料供給量を調整（制御）する。また、各気筒の点火装置１５、点火プラグ１４を介して点火時期を制御する。

上記の三元触媒７は、排気の空燃比が理論空燃比付近で振れることによって排気中の有害三成分を効率よく浄化できるため、理論空燃比の混合気が得られるように各気筒のメイン燃料インジェクタ１２に与える燃料噴射パルス幅Ｔｍ［ｍｓ］を定めている。さらに、エンジンコントローラ２１では、三元触媒７の上流側の空燃比センサ２５、三元触媒７の下流側の酸素センサ２６からの信号に基づいて、三元触媒７の酸素ストレージ量が目標値となるようにフィードバック制御する。

また、エンジンコントローラ２１では、エンジンの負荷と回転速度Ｎｅとから定まる運転条件がＥＧＲ領域にある場合に、アクチュエータ１０を介してＥＧＲ弁９を開くと共に目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁開度（ＥＧＲガスの流量）を制御する。

ＥＧＲ弁９下流のＥＧＲ通路８には、燃料改質器３１を備える。燃料改質器３１は円柱状に形成され、ＥＧＲ通路８に介装されている。燃料改質器３１の直ぐ上流には、燃料改質器３１に炭化水素を噴射供給するための燃料インジェクタ３３を備える。この燃料インジェクタ３３を上記のメイン燃料インジェクタ１２と区別するため、「改質燃料インジェクタ」という。

改質燃料インジェクタ３３（炭化水素添加手段）よりＥＧＲ通路８を流れる排気（ＥＧＲガス）に添加する燃料としては、ガソリン、軽油、メタノール等の任意の液状の炭化水素を使用できる。本実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるので、燃料タンク１３からの燃料であるガソリンを燃料供給通路１７を介して改質燃料インジェクタ３３に供給している。ただし、改質燃料インジェクタ３３に供給する液状の炭化水素と、メイン燃料インジェクタ１２に供給する液状の炭化水素とが異なる炭化水素であってもよい。

ＥＧＲ通路８を流れる排気に炭化水素を添加する炭化水素添加手段として燃料噴射弁を示したが、ベンチュリを用いた燃料霧化手段であってよい。あるいは液状のガソリンを加熱することで蒸発させるガソリン気化手段等でよい。また、改質燃料インジェクタ３３と燃料改質器３１の間に燃料蒸発器３２を設け、ＥＧＲ通路８を流れる排気に添加する液状の炭化水素の気化を排気の熱を利用して行ってもよい。

燃料改質器３１に含まれる改質触媒は、ＥＧＲ通路８を流れる排気中に添加した炭化水素（ＨＣ）にクラッキング、ラジカル化、ＣＯ生成水素生成等の軽質化を行わせることによって水素分子（Ｈ₂）を得る任意の触媒でよい。こうした改質触媒として、例えばＲｈ／ＺｒＯ₂系触媒やＲｈ／ＣｅＯ₂系触媒といったＨＣ改質触媒を用いることができる。

以下では、改質触媒がＨＣ改質触媒である場合で説明する。ここで、ＨＣ改質触媒とは、次の（１）式の反応に対して触媒作用を有する任意の触媒をいう
ＨＣ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ …（１）
ＨＣ改質触媒は、当該技術分野で知られる任意の適当な量で、ウォッシュコート等の任意の手段によって、粉末のまたは成型された担体に担持させることができる。また触媒を担持した担体をスラリーとして用いて、ハニカム状に成型された基材にコーティングして乾燥及び焼成したもの、この担体をペレット状に成型したものとしても使用できる。

燃料改質器３１に含まれるＨＣ改質触媒の触媒温度Ｔｃａｔが閾値Ｔｔｈ１未満となったときには、ＨＣ改質触媒が不活性状態となり、燃料改質できなくなる。このＨＣ改質触媒の温度低下を防止するため、燃料改質器３１の外周に温度調整装置３４を備える。温度調整装置３４としては、例えば電気ヒータであってよい。ＨＣ改質触媒の触媒温度Ｔｃａｔが閾値Ｔｔｈ１未満となったときには、エンジンコントローラ２１が温度調整装置３４を作動させ、ＨＣ改質触媒の触媒温度Ｔｃａｔが閾値Ｔｔｈ１以上となるようにする。

また、改質燃料インジェクタ３３と燃料改質器３１との間のＥＧＲ通路８に２次空気を導入する２次空気供給装置３５を備える。この２次空気供給装置３５もＨＣ改質触媒の触媒温度Ｔｃａｔを上昇させるためのものである。すなわち、２次空気供給装置３５より２次空気をＨＣ改質触媒に供給すれば、ＨＣ改質触媒が２次空気中の酸素を用いてＥＧＲガス中の未燃炭化水素を燃焼させるので、この燃焼熱でＨＣ改質触媒の温度が上昇する。

図２はエンジンの運転領域図である。ＥＧＲ領域は、図２に示したように、低回転速度域、低負荷域、高回転速度域、高負荷域を除いた残りの領域に予め設定している。このＥＧＲ領域の中の限られた領域にＨＣ改質触媒が燃料改質を行う領域（この領域を以下単に「改質領域」という。）を設定している。

このように、改質領域でＨＣ改質触媒による改質によって得られる水素分子を燃焼室に供給し、この水素分子で燃焼室内の混合気の燃焼速度を速めることにより、燃焼安定度を確保できるＥＧＲ率の上限を高めることで、高ＥＧＲ率での運転を制御を実現している。例えば、改質領域内に１つの定常の運転条件を定めると、その定常の運転条件での新気量が定まる。水素分子を導入しない場合に、この新気量に対してどのくらいのＥＧＲガス量を導入できるか、つまり目標ＥＧＲ率が定まる。ここで、燃焼室に同じＥＧＲガス量を供給する条件で、燃焼室に水素分子を供給すれば、水素分子を供給しない場合より燃焼速度が速まり、その分、燃焼状態が安定化する。燃焼速度が速まって燃焼状態が安定化する分だけＥＧＲガス量（目標ＥＧＲ率）を増やすことができ、目標ＥＧＲ率の上限を高めることができる。このようにして、改質領域では、運転条件毎にＥＧＲガス量（目標ＥＧＲ率）、燃焼室に供給する水素分子の量（目標値）が定まるので、運転条件に応じた目標ＥＧＲ率のマップと運転条件に応じた水素分子の量の目標値のマップを作成することができる。ここで、運転条件はエンジン負荷と回転速度から定まるので、燃焼室に供給する水素分子の量の目標値ｔＱＨ２は、エンジンの負荷と回転速度をパラメータとするマップにして記憶させておく。

しかしながら、改質領域でＥＧＲガスだけでなく、水素分子などの燃焼活性化成分を燃焼室に供給するのであるから、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレが生じ得る。たとえば、改質領域において過渡的にＥＧＲガス量が増える場合に、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じることがある。このときには、燃焼室に供給される水素分子の量の実際値（以下、単に「実際値」ともいう。）が燃焼室に供給される水素分子の量の目標値（以下、単に「目標値」ともいう。）未満となり、実際値が目標値に到達するまでの遅れ期間で燃焼状態が悪化する。

これに対処するため、エンジンコントローラ２１では、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて点火時期（燃焼室での燃焼開始時期）を制御する。具体的には、改質領域でＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合に、この供給遅れに応じこの供給遅れに伴う燃焼悪化が抑制される側に点火時期を進角補正（制御）する。

ここで、燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２を検出する水素センサ２７を設ける。すると、水素センサ２７により検出される水素分子の量の実際値ＱＨ２が水素分子の量の目標値ｔＱＨ２に満たない場合に、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じていると判定することができる。

ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れに伴う燃焼悪化を抑制するには、点火時期を進角補正することである。点火時期を進角補正すると、その分、燃焼状態良くなる。つまり、過渡的にＥＧＲガス量が増加することによってＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合であってかつ実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たない場合に、水素分子が足りない状態でも燃焼が安定するように点火時期を進ませる。

エンジンコントーラ２１で行われるこの制御を以下のフローチャートに基づいて説明する。

まず、図３のフローは、ＥＧＲ弁要求開口面積Ａｅｖｆを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１では、目標エンジントルクｔＴｅ［Ｎｍ］とエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］を読み込む。ここで、目標エンジントルクｔＴｅはアクセルセンサ２２により検出されるアクセル開度ＡＣＣから図４を内容とするテーブルを検索することにより算出する。図４に限らず、アクセル開度ＡＣＣとエンジン回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより目標エンジントルクｔＴｅを算出するようにしてもかまわない。エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ２３により検出されるクランク角に基づいて算出する。目標エンジントルクはエンジンの負荷相当値である。エンジンの負荷相当値としては、エアフローメータ２４により検出される吸入空気量を用いることができる。

ステップ２では、目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅから図２を内容とするマップを検索することにより、ｔＴｅとＮｅから定まるエンジンの運転条件がＥＧＲ領域にあるか否かをみる。運転条件がＥＧＲ領域にないときにはステップ５に進み、ＥＧＲ弁要求開口面積Ａｅｖｆ＝０とする。

ステップ２でＥＧＲ領域にあるときにはステップ３に進み、目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅから図５を内容とするマップを検索することにより、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを算出する。本発明では、ＥＧＲ領域の中でも改質領域になると燃焼室に水素分子を供給するので、改質領域では、燃焼室に水素分子を供給しない場合より燃焼室内での燃焼が安定する。従って、改質領域においては、燃焼室に水素分子を供給しない場合より高いＥＧＲ率を設定している。

ステップ４ではこの目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとエアフローメータ２４により検出される吸入空気量に基づいてＥＧＲ弁要求開口面積Ａｅｖｆを算出する。このＥＧＲ弁要求開口面積Ａｅｖｆの算出方法は公知である（例えば特開平１０−２０５３９４号公報、特開平９−２１７６５８号公報参照）。

図示しないフローでは、このようにして算出したＥＧＲ弁要求開口面積Ａｅｖｆが得られるようにアクチュエータ１０に指令値を与える。これによって、ＥＧＲ領域において、目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁開口面積が制御される。

次に、図６Ａ、図６Ｂのフローは、改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅Ｔｒ、点火時期指令値ＡＤＶを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

図６Ａのステップ１１では、図３のステップ１と同じに、目標エンジントルクｔＴｅ［Ｎｍ］とエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］を読み込む。

ステップ１２では、目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転速度Ｎｅから図２を内容とするマップを検索することにより、ｔＴｅとＮｅから定まるエンジンの運転条件が改質領域にあるか否かをみる。運転条件が改質領域にないときには今回の処理をそのまま終了する。

ステップ１２で改質領域にあるときにはステップ１３に進み、触媒温度センサ２７（図１参照）により検出される触媒温度Ｔｃａｔと閾値Ｔｔｈ１を比較することにより、燃料改質器３１に含まれるＨＣ改質触媒による燃料改質が可能か否かを判断する。ここで、ＨＣ改質触媒の活性は触媒温度Ｔｃａｔに依存し、触媒温度Ｔｃａｔが低いときにはＨＣ改質触媒が不活性状態となり、燃料改質できない。閾値Ｔｔｈ１はＨＣ改質触媒によるある程度の燃料改質が見込める温度である。予め設定しておく。触媒温度Ｔｃａｔが閾値Ｔｔｈ１未満であるときにはＨＣ改質触媒の活性化の不足で炭化水素を水素分子に改質できないと判断し、ステップ１４に進む。ステップ１４では、触媒温度を高めるため、温度調整装置３４を作動させる（温度調整装置３４が電気ヒータである場合には電気ヒータをＯＮとする）かまたはＨＣ改質触媒を昇温させる制御を行って、今回の処理を終了する。

触媒昇温制御としては、例えば、２次空気供給装置３５を作動させてＥＧＲ通路８に２次空気を導入することによりＥＧＲガス中の酸素を増やし、ＥＧＲガス中の未燃炭化水素ＨＣをＨＣ改質触媒で燃焼させる。このとき、改質用燃料インジェクタ３３から小量の燃料を噴射してもよい。あるいは、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比に切換え、このリーン空燃比の混合気を燃焼させることで、排気を高温化することもできる。

ステップ１４の操作によってＨＣ改質触媒が昇温しステップ１３で触媒温度Ｔｃａｔが閾値Ｔｔｈ１以上になれば、ＨＣ改質触媒が活性化したと判断し、ステップ１５以降に進む。

ステップ１５では、ＨＣ改質触媒により燃料改質を行わせるため、改質用燃料噴射パルス幅ＴｒＡ［ｍｓ］を改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅Ｔｒ［ｍｓ］に入れる。ここで、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とから定まる運転条件が同じであれば、上記（１）式より改質用燃料噴射パルス幅ＴｒＡが大きくなるほど（つまり炭化水素の量が多くなるほど）、ＨＣ改質触媒により得られる水素分子の量が増加する。運転条件に応じて燃焼室に供給される水素分子の量の目標値ｔＱＨ２が得られれば良いのであるから、改質用燃料噴射パルス幅ＴｒＡとしては、この目標値ｔＱＨ２に対応した量を、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とに応じて設定しておく。

ステップ１６では、目標エンジントルクｔＴｅと回転速度Ｎｅとから所定のマップを検索することにより、基本点火時期ＡＤＶ０［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。ここで、基本点火時期ＡＤＶ０は、次のようにして定めている。すなわち、改質領域内に１つの定常の運転条件を定めると、その定常の運転条件での新気量が定まり、これから目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ及び燃焼室に供給される水素分子の量の目標値ｔＱＨ２が定まることを前述した。すると、新気量、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ及び燃焼室に供給される水素分子の量の目標値ｔＱＨ２の３つ量で最適な燃焼が得られるときの点火時期が定まる。これら３つ量で最適な燃焼が得られるときの点火時期が基本点火時期ＡＤＶ０である。基本点火時期ＡＤＶ０は、エンジン負荷と回転速度Ｎｅとに応じて予め求めておき、目標エンジントルクｔＴｅと回転速度Ｎｅとをパラメータとするマップにして記憶させておく。

図６Ｂのステップ１７〜２３は、改質領域で過渡的にＥＧＲガス量が増加することによってＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じることに対処するものである。すなわち、改質領域での定常の運転条件では、燃焼室に目標値ｔＱＨ２の水素分子が供給されるため、燃焼室に水素分子を供給しない場合より高い目標ＥＧＲ率でエンジン１が運転され、これによって燃費の向上が図られる。定常の運転条件では、燃焼室に供給される水素分子の実際値ＱＨ２は目標値ｔＱＨ２とほぼ一致する（ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れは生じない）。

一方、アクセルペダルを急に踏み込んで加速を行うような過渡時に運転点が改質領域の中で急激に移動すれば、これに合わせて目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒが急に増大し、これに伴って燃焼室に供給されるＥＧＲガス量が増える。運転点が改質領域の中で急激に移動すれば、燃焼室に供給される水素分子の量の目標値ｔＱＨ２が増大するので、改質燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒが大きくなり、ＥＧＲ通路３に供給される炭化水素の量が増える。

しかしながら、ＨＣ改質触媒により得られる水素分子の量の実際値ＱＨ２は、応答良く増えてくれず、目標値ｔＱＨ２からの遅れが生じてしまう。この遅れは暫く続き、過渡が終了すればＨＣ改質触媒により得られる水素分子の量の実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２と再び一致する。このように目標値ｔＱＨ２に対して実際値ＱＨ２の増大が遅れ、実際値ＱＨ２が再び目標値ｔＱＨ２と一致するまでの期間で燃焼状態が悪くなる。

この過渡的に生じる燃焼状態の悪化を抑制するため、本実施形態では、点火時期を進角補正する。点火時期を基本点火時期ＡＤＶ０より進角させることで、燃焼室内における混合気の燃焼開始時期を早めて燃焼速度を高め、燃焼室に供給される水素分子の量が目標値に満たない状態でも燃焼を安定させるのである。

図６Ｂのステップ１７では、目標エンジントルクｔＴｅ（エンジンの負荷）と回転速度Ｎｅとをパラメータとするマップ（図示しない）を検索することにより燃焼室に供給される水素分子の量の目標値ｔＱＨを算出する。このマップでは、目標値ｔＱＨ２は改質領域においてのみ正の値で格納されている。

図６Ｂのステップ１８では、燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２を検出または算出する。ここでは、過給装置３の下流に設けてある水素センサ２７によって燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２を検出する。冷却器３６下流のＥＧＲ通路８に酸素センサ２８を設けておけば、この酸素センサ２８の出力から燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２を算出することができる。触媒温度センサ２９により検出される触媒温度と改質用燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒとから燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２を算出することもできる。

ステップ１９では、このように検出または算出した燃焼室に供給される水素分子の量の実際値ＱＨ２と、ステップ１７で得ている目標値ｔＱＨ２を比較する。実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２以上であれば、改質領域においてエンジン１の運転条件は定常状態にあり、実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２と一致している、つまりＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じていないと判断する。このときにはステップ２０に進み、図６Ａのステップ１６で得ている基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期指令値ＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］に入れる。

一方、図６Ｂのステップ１９で実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たないときには、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じていると判断する。このときにはステップ２１、２２、２３に進む。

ステップ２１では、実際値ＱＨ２と目標値ｔＱＨ２との差分値ΔＱを、
ΔＱ＝ｔＱＨ２−ＱＨ２ …（１）
の式により算出する。（１）式の差分値は正の値である。

ステップ２２では、この差分値ΔＱから図７を内容とするテーブルを検索することにより点火時期補正量ＨＯＳ１［ｄｅｇ］を算出する。図７に示したように点火時期補正量ＨＯＳ１は差分値ΔＱが大きくなるほど大きくなる正の値である。

ステップ２３では基本点火時期ＡＤＶ０にこの点火時期補正量ＨＯＳ１を加算した値を点火時期指令値ＡＤＶとする、つまり次式により点火時期指令値ＡＤＶを算出する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋ＨＯＳ１ …（２）
点火時期指令値ＡＤＶは圧縮上死点から進角側に計測する値であるため、基本点火時期ＡＤＶ０に点火時期補正量ＨＯＳ１を加算することは、基本点火時期ＡＤＶ０より点火時期補正量ＨＯＳ１だけ進角させた値を点火時期指令値とすることを意味する。

図６Ａのステップ１２でエンジンの運転条件が改質領域にあり、かつ図６Ａのステップ１３で触媒温度Ｔｃａｔが活性温度に到達していても、水素分子の量の実際値ＱＨ２が水素分子の量の目標値ｔＱＨ２に満たないことがある。この場合には両者の差分値ΔＱに応じて点火時期を進角側に補正することで、燃焼室内における燃焼開始時期を早めて燃焼速度を高め、燃焼室に供給される水素分子の量が目標値に満たない状態でも燃焼を安定させるのである。

図６Ｂのステップ１９で実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たない場合に、図６Ｂのステップ２１〜２３の操作を次回以降も繰り返している間にやがて過渡が終了するので、ステップ１９で実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に到達する。これによって、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが解消され、定常の運転条件に戻ったと判断できることから、点火時期の進角補正を終了するためステップ１９よりステップ２０に進む。ステップ２０では基本点火時期ＡＤＶをそのまま点火時期指令値ＡＤＶに入れる。

図６Ｂのステップ２４〜２６は燃焼室の実際の燃焼状態を確かめる部分である。ステップ２４では燃焼室内の燃焼状態を検出する。例えば筒内圧センサ３０を設けておき、この筒内圧センサ３０により検出される燃焼圧を燃焼状態を表す物理量とする。燃焼圧は、この値が高いほど燃焼状態が良好であり、この値が低いほど燃焼状態が不良であることを表す。あるいはエンジン回転速度Ｎｅに基づいて一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅを算出し、この一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅを燃焼状態を表す物理量とする。一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅは、この値が大きいほど燃焼状態が不良であり、この値が小さいほど燃焼状態が良好であることを表す。

ステップ２５では燃焼状態に基づいて燃焼が安定しているか否かをみる。例えば、燃焼圧を燃焼状態を表す物理量とするときにはこの燃焼圧と予め定めた閾値を比較する。燃焼圧が閾値以上であるときには燃焼が安定していると、燃焼圧が閾値未満であるときには燃焼が不安定であると判断する。

また、一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅを燃焼状態を表す物理量とするときにはこの一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅと予め定めた閾値を比較する。一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅが閾値以下であるときには燃焼が安定していると、一定時間当たりの回転速度の変動量ΔＮｅが閾値を超えているときには燃焼が不安定であると判断する。燃焼が安定しているときにはステップ２７に進む。

一方、ステップ２５で燃焼が不安定であると判断したときにはステップ２６に進み、次式により点火時期の進角補正を行った後、ステップ２７に進む。

ＡＤＶ＝ＡＤＶｚ＋ＨＯＳ２ …（３）
ただし、ＡＤＶｚ：ＡＤＶの前回値、
ＨＯＳ２：進角補正量（一定値）、
燃焼が不安定な場合に、点火時期を進角させれば燃焼室で燃焼するガスの割合が高くなり、その分燃焼速度が早くなって燃焼が安定する。ステップ２６での操作を繰り返せばやがて燃焼が安定する。このときには、ステップ２５よりステップ２７に進む。

ステップ２７では、上記のようにして算出した改質燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒと点火時期指令値ＡＤＶを出力する。図示しないフローでは、改質領域において改質燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒを改質燃料インジェクタ３３に与える。これによって、改質燃料インジェクタ３３が所定のタイミングで燃料噴射パルス幅Ｔｒだけ開き、炭化水素をＥＧＲ通路８に供給する。

図示しないフローでは、点火時期指令値ＡＤＶを、点火コイルとパワートランジスタとで構成される点火装置１５に与える。これによって、点火時期指令値ＡＤＶのとき、パワートランジスタが点火コイルの一次側電流を切断して、２次側の高電圧電流を点火プラグ１４に供給する。

ここで、第１実施形態の作用効果を説明する。

第１実施形態によれば、排気の一部を吸気管２に還流するＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路８を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁９と、ＥＧＲ領域でＥＧＲ弁９を流れるＥＧＲガスの量を制御するエンジンコントローラ２１（ＥＧＲガス量制御手段）と、ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段（３１、３３）と、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて点火時期指令値ＡＤＶ（燃焼室での燃焼開始時期）を制御するエンジンコントローラ２１（燃焼開始時期制御手段）（図６Ａのステップ１２、図６Ｂのステップ１７〜２３参照）とを備えるので、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレがあっても、燃焼状態を悪化させることなく高ＥＧＲ率での運転を可能として燃費を向上できる。

第１実施形態によれば、水素供給手段は、理論空燃比の条件でＥＧＲ通路８を流れる排気に炭化水素を添加する改質燃料インジェクタ３３（炭化水素添加手段）と、ＥＧＲ通路８にあって改質燃料インジェクタ３３により添加された炭化水素を水素分子に改質するＨＣ改質触媒（改質触媒）とから構成されるので、ＨＣ改質触媒により得た水素分子を燃焼させることなく燃焼室に供給できる。

過渡的にＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れがあると、この供給遅れがある期間で燃焼状態が悪くなる。第１実施形態によれば、燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段は、ＥＧＲガス量に対する水素分子（水素）の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合に、この供給遅れに応じこの供給遅れに伴う燃焼悪化が抑制される側に点火時期（燃焼開始時期）を制御するので（図６Ｂのステップ１７〜２３参照）、供給遅れの期間であっても良好な燃焼状態を維持できる。

第１実施形態によれば、過渡的にＥＧＲガス量が増加することによってＥＧＲガス量に対する水素分子（水素）の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合に、供給遅れに応じた制御は、点火時期（燃焼開始時期）を進めることであるので（図６Ｂのステップ１９〜２３参照）、水素分子の量の実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たない場合で合っても、良好な燃焼状態へと回復させることができる。

（第２実施形態）
図８Ａ、図８Ｂのフローは第２実施形態の改質燃料インジェクタの燃料噴射パルス幅Ｔｒ、点火時期指令値ＡＤＶ、点火コイルの通電時間ΔＴを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第１実施形態の図６Ａ、図６Ｂと同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態では、実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２未満である場合に点火時期を進角側に補正することで、燃焼室内における燃焼開始時期を早めて燃焼速度を上昇させ燃焼状態を改善した。

しかしながら、過渡的であるとはいえ点火時期を基本点火時期ＡＤＶ０より進角側に補正すると、点火時期が最適でなくなり、点火時期を進角補正する期間においてエンジントルクが基本点火時期ＡＤＶ０のときより低下する。この過渡時に一時的に生じるエンジントルクの低下を抑制するには、点火時期は基本点火時期ＡＤＶ０のままで点火エネルギーを増大させてやればよい。そこで、第２実施形態では、実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２未満である場合に、水素分子の量の不足による燃焼状態の悪化を点火コイルの通電時間を増加側に補正することによって抑制する。点火コイルの通電時間を増加側に補正すれば点火エネルギーが増加し、これによって燃焼室に供給される水素分子の量が目標値より不足する状態での燃焼の悪化が抑制されるのである。以下、第１実施形態と相違する部分を説明すると、相違点は主にステップ３１〜３７である。

図８Ａのステップ３１では、目標エンジントルクｔＴｅと回転速度Ｎｅとから所定のマップを検索することにより、基本点火コイル通電時間ΔＴ０［ｍｓ］を算出する。このマップでは、特に改質領域で、運転条件が相違しても望みの点火エネルギーが得られるように基本点火コイル通電時間ΔＴ０が設定されている。

図８Ｂのステップ１９で実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２以上であるときには、改質領域においてエンジン１の運転条件は定常状態にあり、実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２と一致している。つまり、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じていないと判断してステップ３２に進み、基本点火コイル通電時間ΔＴ０［ｍｓ］をそのまま点火コイル通電時間ΔＴ［ｍｓ］に入れる。

一方、図８Ｂのステップ１９で実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たないときには、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じていると判断する。このときにはステップ２１、３３、３４に進む。

ステップ２１では、実際値ＱＨ２と目標値ｔＱＨ２との差分値ΔＱを上記の（１）式により算出する。

ステップ３３では、この差分値ΔＱから図９を内容とするテーブルを検索することにより通電時間補正量ＨＯＳ３［ｍｓ］を算出する。図９に示したように通電時間補正量ＨＯＳ３は差分値ΔＱが大きくなるほど大きくなる正の値である。

ステップ３４では基本点火コイル通電時間ΔＴ０にこの通電時間補正量ＨＯＳ３を加算した値を点火コイル通電時間ΔＴとする、つまり次式により点火コイル通電時間ΔＴを算出する。

ΔＴ＝Δｔ０＋ＨＯＳ３ …（４）
図８Ａのステップ１２で運転条件が改質領域にあり、かつ図８Ａのステップ１３で触媒温度Ｔｃａｔが触媒が改質し得る活性温度に到達していても、水素分子の量の実際値ＱＨ２が水素分子の量の目標値ｔＱＨ２に満たないことがある。この場合にはステップ３３、３４で差分値ΔＱに応じて点火コイル通電時間を増量側に補正することで、点火エネルギーを増大し、その増大分で燃焼速度が低下するのを抑制する。これによって、実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２から不足している場合にも燃焼状態が悪くならないようにするのである。

実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２に満たない状態は過渡的なものであるので、暫くすれば実際値ＱＨ２が目標値ｔＱＨ２へと復帰する。このときにはステップ１９よりステップ３２に進んで基本点火コイル通電時間ΔＴ０をそのまま点火コイル通電時間ΔＴに入れる。

図８Ｂのステップ２０では基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期指令値ＡＤＶとする。

図８Ｂのステップ３７では、改質燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒ、点火時期指令値ＡＤＶ、点火コイル通電時間ΔＴを出力する。

図示しないフローでは、改質領域において改質燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒを改質燃料インジェクタ３３に与える。これによって、改質燃料インジェクタ３３が所定のタイミングで燃料噴射パルス幅Ｔｒだけ開き、炭化水素をＥＧＲ通路８に供給する。

図示しないフローでは、点火時期指令値ＡＤＶと点火コイル通電時間ΔＴを、点火コイルとパワートランジスタとで構成される点火装置１５に与える。これによって、点火時期指令値ＡＤＶのとき、パワートランジスタが点火コイルの一次側電流を切断して、２次側の高電圧電流を点火プラグに供給する。また、点火コイル通電時間ΔＴの間、パワートランジスタがＯＮ状態となって点火コイルの一次側とバッテリとが接続され、バッテリからの電力が点火コイルの一次側に蓄えられる。

第２実施形態によれば、 排気の一部を吸気管２に還流するＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路８を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁９と、ＥＧＲ領域でＥＧＲ弁９を流れるＥＧＲガスの量を制御するエンジンコントローラ２１（ＥＧＲガス量制御手段）と、ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段（３１、３３）と、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて点火コイル通電時間ΔＴ（点火エネルギー）を制御するエンジンコントローラ２１（燃焼開始時期制御手段）（図８Ａのステップ１２、図８Ｂのステップ１９、２１、３３、３４、３２参照）とを備えるので、第１実施形態と同様に、ＥＧＲガスと燃焼活性化成分が燃焼室に流入する量やタイミングにズレがあっても、燃焼状態を悪化させることなく高ＥＧＲ率での運転を可能として燃費を向上できる。

第２実施形態によれば、燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段は、ＥＧＲガス量に対する水素分子（水素）の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合に、供給遅れに応じこの供給遅れに伴う燃焼悪化が抑制される側に点火エネルギーを制御するので（図８Ｂのステップ１９、２１、３３、３４参照）、水素分子の供給遅れの期間での燃焼悪化を抑制することができる。従って、ＥＧＲガス量に対する水素分子の量の燃焼室への供給遅れが生じる期間でのエンジントルクの低下を抑制できる。

実施形態では、エンジン燃焼を活性化する成分が、ＨＣ改質触媒により得られる水素分子であったが、これに限られるものでなく、水素イオンであってもよい。水素イオンを生成するにはプラズマ生成装置を用いればよい。水素分子は電気分解や透過分離膜などによっても生成することができる。あるいは純水素分子を供給するようにしてもかまわない。

また、実施形態では、水素分子を生成する位置がＥＧＲ通路であるが、これに限定されるものでもない。水素分子や水素イオンを生成する位置を吸気管２や燃料供給通路１７としてもかまわない。

実施形態では、燃焼室に供給される水素分子（水素）の量を水素センサ２７によって検出する場合や酸素センサ２８の出力から燃焼室に供給される水素分子の量を算出する場合で説明した。また、触媒温度センサ２９により検出される触媒温度と改質用燃料インジェクタ３３の燃料噴射パルス幅Ｔｒとから燃焼室に供給される水素分子の量を算出する場合で説明した。本発明は、これらの場合に限られず、さらに次のような場合であってもかまわない。すなわち、燃焼室に供給される水素の量に相関のあるＥＧＲガス中の水素を除く他の成分（例えばＣＯ、ＣＨ₄、ＣＯ₂、Ｏ₂など）を検出するセンサからの検出値に基づいて燃焼室に供給される水素分子の量を算出する。あるいは、燃焼室のイオン電流を計測することによって燃焼室に供給される水素分子の量を算出する。

１ エンジン
２ 吸気管
２１ エンジンコントローラ（ＥＧＲガス量制御手段、燃焼開始時期制御手段）
２５ 触媒温度センサ
２７ 水素センサ
２８ 酸素センサ
２９ 触媒温度センサ
３０ 筒内圧センサ
３１ 燃料改質器（改質触媒、水素供給手段）
３３ 改質燃料インジェクタ３３（水素供給手段、炭化水素添加手段）

Claims (7)

1. 排気の一部を吸気管に還流するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁と、
   ＥＧＲ領域で前記ＥＧＲ弁を流れるＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲガス量制御手段と、
   前記ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段と、
   燃焼室に供給される前記ＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて燃焼室での燃焼開始時期または点火エネルギーを制御する燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記水素供給手段は、
   前記理論空燃比の条件でＥＧＲ通路を流れる排気に炭化水素を添加する炭化水素添加手段と、
   前記ＥＧＲ通路にあって前記炭化水素添加手段により添加された炭化水素を水素分子に改質する改質触媒とから構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 燃焼開始時期・点火エネルギー制御手段は、前記ＥＧＲガス量に対する前記水素の量の燃焼室への供給遅れが生じる場合に、この供給遅れに応じこの供給遅れに伴う燃焼悪化が抑制される側に前記燃焼開始時期または前記点火エネルギーを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。
4. 過渡的に前記ＥＧＲガス量が増加することによって前記ＥＧＲガス量に対する前記水素の量の燃焼室への供給遅れに伴う燃焼悪化が生じる場合に、前記供給遅れに応じた制御は、前記燃焼開始時期を進めることであることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
5. 燃焼室に供給される前記水素の量を検出するかまたは算出することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
6. 燃焼室に供給される前記水素の量を、
   センサにより検出するか、
   センサにより検出される検出値に基づいて算出するか、
   燃焼室に供給される前記水素の量に相関のある前記ＥＧＲガス中の水素を除く他の成分を検出するセンサからの検出値に基づいて算出するか、
   燃焼室のイオン電流を計測することによって算出するか
   の少なくとも一つによって求めることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
7. 排気の一部を吸気管に還流するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整し得るＥＧＲ弁と、
   ＥＧＲ領域で前記ＥＧＲ弁を流れるＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲガス量制御手段と、
   前記ＥＧＲ領域で燃焼室に水素を供給する水素供給手段と
   を備え、
   燃焼室に供給される前記ＥＧＲガス量と燃焼室に供給される水素の量に応じて燃焼室での燃焼開始時期または点火エネルギーを制御する燃焼開始時期・点火エネルギー制御処理手順を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。

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