JP2016070131A

JP2016070131A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2016070131A
Application number: JP2014198385A
Authority: JP
Inventors: 和田　勝治; Katsuji Wada; 勝治和田; 隆史木本; Takashi Kimoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09

Abstract

【課題】改質触媒の劣化が進行した場合であってもＮＯｘ排出量を増加させることなく燃焼変動を許容範囲内に収めることができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジンの制御装置は、ＥＧＲ管に設けられ、燃料を改質することで水素を生成する改質触媒コンバータと、改質触媒コンバータへ流入する排気ガスに改質燃料を噴射する改質インジェクタと、ＥＧＲ管を通流する排気ガス量を調整するＥＧＲ弁と、エンジンの気筒内の燃焼変動率が許容上限以下であるか否かを判定する燃焼変動判定部５７３と、燃焼変動判定部５７３によって燃焼変動率が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動率が許容上限以下であると判定されるまで改質噴射量を増加させる補正噴射量算出部５７４と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳しくは、排気ガスの一部を吸気通路に還流する還流通路と、この還流通路に設けられた改質触媒とを備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に、燃料を改質し水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を設ける技術が提案されている。この技術によれば、ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスを利用して改質触媒で改質ガスを生成し、これを内燃機関の吸気に供給することにより、内燃機関の燃焼を改善することができる。より具体的には、例えば、ノッキングの抑制及びＥＧＲ限界の拡大等の燃焼改善効果がある。

ところで、改質触媒が劣化すると、改質触媒によって生成される改質ガスの組成も変化する。このため改質触媒の劣化が進行すると、予定していた燃焼改善効果が得られない場合がある。この点に鑑みて特許文献１に示された発明では、内燃機関の燃焼変動に基づいて、吸気通路に還流される改質ガスの流量を調整し、燃焼変動を許容範囲に収めている。

特開２００６−４６２７４号公報

ところが特許文献１の発明では、燃焼変動が悪化した場合には、吸気通路に還流される改質ガスの流量を減少側へ、すなわちＥＧＲ率を減少側に調整している。このため、燃焼変動は許容範囲内に収まるようになるものの、ＥＧＲ率を減少させることによってＮＯｘ排出量が増加するおそれがある。

本発明は、改質触媒の劣化が進行した場合であってもＮＯｘ排出量を増加させることなく燃焼変動を許容範囲内に収めることが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。

（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の制御装置（例えば、後述の制御装置２）は、内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に還流する還流通路（例えば、後述のＥＧＲ管３１）と、前記還流通路に設けられ、燃料を改質することで水素を生成する改質触媒（例えば、後述の改質触媒コンバータ３２）と、前記改質触媒よりも上流側に設けられ、当該改質触媒へ流入する排気ガスに燃料を供給する改質燃料供給手段（例えば、後述の改質インジェクタ３３）と、前記還流通路を通流する排気ガス量を調整する還流ガス量調整手段（例えば、後述のＥＧＲ弁３４）と、を備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の気筒内の燃焼変動と相関のあるパラメータを取得する燃焼変動取得手段（例えば、後述の筒内圧センサ７２、クランク角センサ７３、及びノックセンサ７４等）と、前記パラメータを用いて燃焼変動が許容上限以下であるか否かを判定する判定手段（例えば、後述のＥＣＵ５、燃焼変動判定部５７３等）と、前記判定手段によって燃焼変動が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動が許容上限以下であると判定されるまで前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させる制御手段（例えば、後述のＥＣＵ５、要求水素量算出部５７１、基準噴射量算出部５７２、補正噴射量算出部５７４、改質噴射量算出部５７５等）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記制御手段は、前記還流通路を介して前記吸気通路に還流されるガス量を減少させずに前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させることが好ましい。

（３）この場合、前記制御手段は、前記還流通路を介して前記吸気通路に還流されるガス量を維持しながら前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させることが好ましい。

（４）この場合、前記燃焼変動取得手段は、前記内燃機関のクランクシャフトの回転に応じて信号を発生するクランク角センサ（例えば、後述のクランク角センサ７３）、前記内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ（例えば、後述の筒内圧センサ７２）、及び前記内燃機関の振動を検出するノックセンサ（例えば、後述のノックセンサ７４）のうちの少なくとも１つを備えることが好ましい。

（５）この場合、前記制御装置は、前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ７６）をさらに備え、前記制御手段は、取得された改質触媒温度を用いて前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を調整することが好ましい。

（６）この場合、前記制御装置は、前記気筒内に導入される全ガス量に対する前記還流通路を介して導入されるガス量の割合をＥＧＲ率と定義し、当該ＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段（例えば、後述のＥＣＵ５、ＥＧＲ率推定部５５２）をさらに備え、前記制御手段は、取得されたＥＧＲ率又はその目標値を用いて前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を調整することが好ましい。

（７）この場合、前記制御手段は、前記取得されたＥＧＲ率又はその目標値に基づいて定められた基準供給量と、前記判定手段によって燃焼変動が許容上限以下であると判定されるように定められた補正供給量とを合わせた量の燃料を前記改質燃料供給手段から供給し、前記基準供給量と前記補正供給量との差が所定値以下となった場合には、前記改質触媒に酸化雰囲気のガスを供給する改質触媒劣化再生処理を実行することが好ましい。

（１）本発明では、排気ガスが還流される還流通路に改質触媒を設け、この改質触媒に排気ガスと改質燃料供給手段によって燃料を供給することによって、水素及びＣＯ等を含む改質ガスを生成し、内燃機関の吸気に還流する。これにより、内燃機関の燃焼を改善することができる。また本発明では、例えば改質触媒の劣化が進行することに起因して改質ガスの組成が変化し、判定手段によって燃焼変動が許容上限より大きいと判定した場合には、燃焼変動が許容上限以下であると判定されるまで改質触媒へ供給する燃料量を増加させる。これにより、改質ガスの組成が変化した場合であっても、この組成の変化の詳細を知ることなく必要な量の燃料量を過不足なく改質触媒に供給できるので、不必要な燃料の供給を防止できる。また本発明では、改質触媒への燃料量を増加させることによって燃焼変動を許容上限以下にしようとするため、内燃機関の運転状態に応じて最適になるように定められるＥＧＲ率を変化させる必要がないので、ＮＯｘの排出量が増加することもない。

（２）本発明では、燃焼変動が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動が許容上限以下であると判定されるまで、還流通路を介して吸気通路に還流されるガス量を減少させずに、改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させる。これにより、内燃機関の運転状態に応じて最適になるように定められるＥＧＲ率が低下することがないので、ＮＯｘの排出量が増加することもない。

（３）本発明では、燃焼変動が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動が許容上限以下であると判定されるまで、還流通路を介して吸気通路に還流されるガス量を維持しながら改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させる。これにより、内燃機関の運転状態に応じて最適になるように定められるＥＧＲ率が維持されるので、ＮＯｘの排出量の増加を抑えつつＥＧＲ率を過剰に増加させることによる失火も抑えることができる。

（４）クランク角センサを燃焼変動取得手段として用いることで、特別な追加装置を設けることなく上述のように改質触媒へ供給する燃料量を最適にすることができる。また、筒内圧センサやノックセンサを燃焼変動取得手段として用いた場合には、内燃機関の燃焼状態を直接検出できるので、より高い精度で改質触媒へ供給する燃料量を最適にすることができる。

（５）改質触媒における燃料の転化率は、改質触媒の温度に応じて変化する。本発明では、改質触媒温度を用いて改質触媒へ供給する燃料量を調整することにより、内燃機関の燃焼を改善するために必要な量の燃料を改質触媒へ供給することができる。

（６）改質触媒によって生成される水素やＣＯには、内燃機関におけるＥＧＲ率の限界を拡大する効果がある。本発明では、ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率又はその目標値を用いて改質触媒への燃料量を調整する。これにより、ＥＧＲ率ができるだけ高く維持されるように改質触媒へ供給する燃料量を最適にすることができる。

（７）本発明では、ＥＧＲ率又はその目標値に基づいて定められた基準供給量と燃焼変動が許容上限以下であると判定されるように定められた補正供給量とを合わせることによって改質触媒への燃料量を決定する。ここで、改質触媒に燃料を供給し続けると、表面にコーキング物質が付着し、これによって改質ガスの組成が変化する。このようなコーキング物質の付着による劣化が進行し改質ガスの組成が変化すると、基準供給量だけ供給していたのでは所望のＥＧＲ率の限界を拡大する効果が得られず、結果として補正供給量が増加する。本発明では、基準供給量と補正供給量との差が所定値以下となった場合には、改質触媒が劣化したと判断し、酸化雰囲気のガスを供給することによってこのコーキング物質を燃焼除去させる。本発明によれば、簡易な方法で改質触媒が劣化したことを判定しつつ、補正供給量が増大することによる燃費の悪化も防止できる。

本発明の一実施形態に係るエンジンとその制御装置の構成を示す図である。改質触媒の温度と転化率との関係を示す図である。改質ガスに含まれる水素をエンジンの吸気に添加することによってＥＧＲ率の限界が拡大する様子を示す図である。ＥＣＵにおけるＥＧＲ率制御及び改質燃料噴射制御の具体的な手順を示す機能ブロック図である。改質燃料噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。ＥＧＲ率と燃焼変動率及びＮＯｘ排出量との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、単に「エンジン」という）１と、その制御装置２の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管１２と、排気が流れる排気管１３と、排気管１３内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管１２に還流する排気還流装置３と、エンジン１及び排気還流装置３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、が設けられている。

エンジン１には、その気筒内に適切な空燃比の混合気が形成されるように、図示しない燃料タンクから供給された燃料を噴射する燃料インジェクタ１１が設けられている。燃料インジェクタ１１から噴射される燃料の量は、排気管１３に設けられた空燃比センサ（図示せず）の検出信号に基づくフィードバック制御によって制御される。なお、この燃料インジェクタ１１による燃料噴射制御の具体的な手順については、詳細な説明を省略する。またこの燃料タンク内に貯蔵される燃料としては、例えば、ガソリンや軽油の他、これらにエタノール等のアルコール燃料が混合された燃料が用いられる。

排気還流装置３は、排気管１３と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管３１と、このＥＧＲ管３１に設けられ、ＥＧＲ管３１を流れる排気ガスと燃料とを用いて含水素の改質ガスを生成する改質触媒コンバータ３２と、ＥＧＲ管３１のうち改質触媒コンバータ３２よりも上流側に設けられ、改質触媒コンバータ３２に流入する排気ガスに燃料を噴射する改質インジェクタ３３と、排気管３１のうち改質触媒コンバータ３２より上流側に設けられ、ＥＧＲ管３１を通流する排気ガス量を調整するＥＧＲ弁３４と、を備える。

以下では、ＥＧＲ管３１を介して吸気管１２へ還流されるガス（エンジン１から排出された排気ガスに、改質インジェクタ３３から噴射された燃料を加えたものを含む）を、ＥＧＲガスという。また、ＥＧＲ管３１によって還流されるＥＧＲガスの量を、ＥＧＲ量という。また、エンジン１の気筒内に導入される全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合をＥＧＲ率という。

ＥＧＲ弁３４は、図示しないアクチュエータによってＥＧＲ管３１内で開閉可能に設けられた電磁弁である。ＥＧＲ弁３４の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータに供給される駆動電流をＥＣＵ５で調整することによって制御される。ＥＣＵ５は、後に図４を参照して説明するＥＧＲ率制御を実行することによってＥＧＲ弁３４の開度を決定し、この開度が実現されるように駆動電流のデューティ比を決定する。

改質インジェクタ３３は、図示しない燃料タンクから供給される燃料を排気ガス中に噴射する開閉式の電磁弁であり、ＥＧＲ管３１のうち改質触媒コンバータ３２の上流側に設けられる。この改質インジェクタ３３から噴射する燃料は、エンジン１の燃料インジェクタ１１に供給されるものと同じ燃料が用いられる。なお以下では、改質インジェクタ３３から噴射される燃料について特に改質燃料ともいう。改質インジェクタ３３は、図示しないバッテリから駆動電流が供給されると開弁し、燃料タンクから圧送された改質燃料を改質触媒コンバータ３２の上流側に噴射する。

この改質インジェクタ３３の開弁時間、すなわちインジェクタ３３から単位時間当たりにＥＧＲ管３１内に噴射される改質燃料の量（以下、「改質噴射量」という）は、インジェクタ３３へ供給される駆動電流のデューティ比をＥＣ５によって調整することによって制御される。ＥＣＵ５は、後に図４を参照して説明する改質燃料噴射制御を実行することによって改質噴射量を決定し、この噴射量が実現されるように駆動電流のデューティ比を決定する。

改質触媒コンバータ３２は、改質反応を促進する改質触媒をフロースルー型のハニカム構造体に担持したものが用いられる。この改質触媒としては、例えば、Ｐｔ／ＣｅＯ_２等の既知の材料が用いられる。改質触媒が設けられた改質触媒コンバータでは、改質インジェクタ３３からの改質燃料と、水を含んだ排気ガスが供給されると、例えば、下記式（１）に示すような水蒸気改質反応（吸熱反応）が進行し、エンジン１における燃焼改善効果がある水素やＣＯ等が生成される。なお以下では、改質触媒コンバータ３２から排出されるガスを改質ガスともいう。
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ_２（１）

図２は、改質触媒の温度と転化率［％］との関係を示す図である。ここで、転化率とは、改質触媒に供給されるＨＣの量（供給ＨＣ量）と、改質触媒から排出される未反応のＨＣの量（未反応ＨＣ量）とを用いて、下記式で示される。
転化率［％］＝（供給ＨＣ量−未反応ＨＣ量）／供給ＨＣ量（２）

図２に示すように、改質触媒の温度が上昇するほど転化率が上昇する。すなわち、改質触媒の温度が上昇するほど、改質触媒における水素の生成効率が上昇する。換言すれば、改質触媒の温度が上昇するほど、所定の量の水素を生成するために改質触媒に投入する必要のある改質燃料の量が減少する。

図３は、改質ガスに含まれる水素をエンジンの吸気に添加することによってＥＧＲ率の限界が拡大する様子を示す図である。図２において横軸はＥＧＲ率であり、縦軸はエンジンの燃焼変動率［％］（図示平均有効圧の変動率）である。

図３に示すように、吸気に水素を添加しない場合、ＥＧＲ率を上昇させるとある点において燃焼変動率が急激に増加する。以下では、燃焼変動率が所定の許容上限値を超えることなく増加させることができるＥＧＲ率の上限をＥＧＲ限界という。なお、吸気に水素を添加していない場合とは、図１に示すシステムでは、改質触媒コンバータ３２に改質燃料を供給していない状態に相当する。

これに対し、吸気に水素を添加する場合、図３に示すように水素を添加しない場合よりも明らかにＥＧＲ限界を高くすることができる。また図３に示すように、このＥＧＲ限界は、水素の添加量を増やすほど高くなる。なお、吸気に水素を添加する場合とは、図１に示すシステムでは、改質触媒コンバータ３２に改質燃料を供給し、水素を含んだＥＧＲガスを吸気管１２に還流している状態に相当する。

図１に戻って、ＥＣＵ５は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データやマップを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、エンジン１の燃料インジェクタ１１からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御（図示せず）、並びに図４を参照して以下で説明するＥＧＲ率制御や改質燃料噴射制御を実行する。

このＥＣＵ５には、エンジン１や排気還流装置３等の運転状態を把握するためのセンサとして、エアフローメータ７１、筒内圧センサ７２、クランク角センサ７３、ノックセンサ７４、アクセル開度センサ７５、及び排気温度センサ７６等が接続されている。

エアフローメータ７１は、吸気管１２に設けられ、この吸気管１２を通流する空気の流量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。ＥＣＵ５では、このエアフローメータ７１の検出信号を用いることによって、吸気管１２を介してエンジン１に新たに供給される空気の量（以下、「吸入空気量」という）を算出する。

筒内圧センサ７２は、エンジン１の気筒内圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。図３を参照して説明した燃焼変動率は、ＥＣＵ５における図示しない処理によって、この筒内圧センサ７２の検出信号を用いて算出される。

クランク角センサ７３は、エンジン１のクランクシャフトに固定されたパルサの回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をＥＣＵ５に送信する。ＥＣＵ５では、このクランク角センサ７３からのパルス信号に基づいてエンジン１の回転数が算出される。なお上述の燃焼変動率は、このクランク角センサ７３のパルス信号を用いて算出されるクランク角速度の変動率に基づいて算出することもできる。

ノックセンサ７４は、エンジン１の所定の位置に取り付けられ、その振動に応じた信号を発生する。ＥＣＵ５は、このノックセンサ７４の検出信号に基づいて、エンジン１の燃焼変動と相関のあるパラメータの１つであるノッキングの発生の有無を判定する。

アクセル開度センサ７５は、運転者が走査するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に送信する。運転者からエンジン１に要求される負荷に相当する要求トルクは、このアクセル開度センサ７５の検出信号やエンジン回転数に基づいて、ＥＣＵ５における図示しない処理によって算出される。

排気温度センサ７６は、ＥＧＲ管３１のうち改質インジェクタ３３より上流側に設けられ、ＥＧＲ管３１を通流する排気ガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。改質触媒コンバータ３２に担持されている改質触媒の温度は、この排気温度センサ７６を用いて検出される排気温度や、改質インジェクタ３３から噴射される燃料量等に基づいて、ＥＣＵ５における図示しない処理によって算出される。なお、この排気温度センサ７６の検出信号に基づいて推定される改質触媒の温度を、以下では単に改質触媒温度ともいう。

図４は、ＥＣＵにおけるＥＧＲ率制御及び改質燃料噴射制御の手順を示す機能ブロック図である。以下、ＥＧＲ弁の開度及び改質噴射量等を決定するためにＥＣＵに構成された各ブロックの機能について順に説明する。

＜ＥＧＲ率制御＞
目標ＥＧＲ率算出部５５１は、現在のエンジンの運転状態に関するパラメータを取得し、これに基づいて予め定められたマップを検索することによってＥＧＲ率の目標値（以下、「目標ＥＧＲ率」という）を算出する。エンジンの運転状態を特定するパラメータであって、目標ＥＧＲ率を定めるのに必要なパラメータとしては、例えばエンジン回転数及び要求トルクが挙げられる。またこの目標ＥＧＲ率を決定するマップは、改質インジェクタからは後述の基準噴射量の改質燃料が噴射されることを前提として予め定められる。

ＥＧＲ率推定部５５２は、吸入空気量、ＥＧＲ弁の開度、エンジンの燃料インジェクタからの燃料噴射量、及び改質インジェクタからの改質噴射量等に基づいて、現在のＥＧＲ率を推定する。なお以下では、ＥＧＲ率推定部５５２によって推定されるＥＧＲ率を推定ＥＧＲ率ともいう。

ＥＧＲ弁開度決定部５５３は、推定ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に一致するように既知のフィードバックアルゴリズムを用いてＥＧＲ弁の開度を決定する。

＜改質燃料噴射制御＞
要求水素量算出部５７１は、エンジンの気筒内の燃焼変動率を所定の許容上限値を超えることなく実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御するために、改質触媒で生成する必要のある水素の量である要求水素量を算出する。より具体的には、要求水素量算出部５７１は、予め定められたマップを検索することによって現在の目標ＥＧＲ率に応じた要求水素量を算出する。なおこの要求水素量を決定するためのマップは、図３に示すような実験を行うことによって構築されたものが用いられる。

基準噴射量算出部５７２は、改質触媒の転化率に相関のあるパラメータである改質触媒温度を取得し、現在の改質触媒において要求水素量に相当する量の水素を生成するために改質触媒へ噴射する必要のある燃料の量である基準噴射量を、改質触媒温度を用いて算出する。より具体的には、基準噴射量算出部５７２は、予め定められたマップを検索することによって、改質触媒温度及び要求水素量に応じた基準噴射量を算出する。なおこの基準噴射量を決定するためのマップは、図３に示すような実験を行うことによって構築されたものが用いられる。

改質噴射量算出部５７５は、以上のような手順に従って算出される基準噴射量と、以下で説明する手順に従って算出される補正噴射量とを合算することによって改質噴射量を算出する。

燃焼変動判定部５７３は、筒内圧センサの検出信号を用いることによって現在のエンジンの気筒内の燃焼変動率を算出し、この燃焼変動率が所定の許容上限以下であるか否か、及びこの許容上限より小さな所定の許容下限以下であるか否かを判定する。

補正噴射量算出部５７４は、燃焼変動判定部５７３における判定結果に基づいて補正噴射量を算出する。より具体的には、この補正噴射量算出部５７４は、所定の初期値に対し、上記燃焼変動判定部５７３によって燃焼変動率が許容上限より大きいと判定される度に所定の正の増量補正値Δを加算し、燃焼変動率が許容下限以下であると判定される度に所定の正の減量補正値δを減算することによって、燃焼変動率が許容上限から許容下限の範囲に含まれるような補正噴射量を算出する。これにより、燃焼変動判定部５７３によって燃焼変動率が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動率が許容上限以下であると判定されるまで補正噴射量が補正値Δずつ増加される。

劣化判定部５７６は、基準噴射量と補正噴射量を用いることによって改質触媒の劣化度合いを推定し、この推定結果に応じて改質触媒の再生が要求された状態であることを明示する再生要求フラグを０又は１にセットする。より具体的には、劣化判定部５７６は、基準噴射量から補正噴射量を減算して得られる値と所定の劣化判定値とを比較する。そして、上記減算値が劣化判定値より大きい場合には改質触媒は劣化していないと判断し、再生要求フラグを０にし、上記減算値が劣化判定値以下である場合には改質触媒は劣化したと判断し、再生要求フラグを１にする。ここで劣化判定部５７６によって再生要求フラグが１にセットされた後は、所定のタイミングでエンジンの混合気の空燃比をストイキよりリーンに変更し、酸化雰囲気の排気ガスを改質触媒に所定時間にわたって供給する劣化再生処理が実行される（図示せず）。この劣化再生処理を行うことによって、改質触媒に付着していたコーキング物質が焼き飛ばされる。

図５は、図４を参照して説明した改質燃料噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図５に示す処理は、改質インジェクタの制御周期ごとにＥＣＵによって繰り返し実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、現在のエンジンの運転状態に応じて定められる目標ＥＧＲ率を取得し、Ｓ２に移る。Ｓ２では、ＥＣＵは、取得した目標ＥＧＲ率に基づいて予め定められたマップを検索することによって、要求水素量を算出する。

Ｓ３では、ＥＣＵは、要求水素量及び触媒温度に基づいて予め定められたマップを検索することによって改質燃料の基準噴射量を算出し、Ｓ４に移る。Ｓ４では、ＥＣＵは、筒内圧センサの検出信号を用いて燃焼変動率を算出し、この燃焼変動率が許容上限より大きいか否か、及びこの燃焼変動率が許容下限以下であるか否かを判定する。

Ｓ４において燃焼変動率が許容上限値より大きいと判定された場合には、ＥＣＵは、Ｓ５に移り、前回の補正噴射量に正の増量補正値Δを加算し、これを新たな補正噴射量とする。Ｓ４において燃焼変動率が許容下限以下であると判定された場合には、ＥＣＵは、Ｓ６に移り、前回の補正噴射量に正の減量補正値δを減算し、これを新たな補正噴射量とする。Ｓ４において燃焼変動率が許容上限以下でありかつ許容下限より大きいと判定された場合には、ＥＣＵは、前回の補正噴射量を維持したまま、Ｓ７に移る。Ｓ７では、ＥＣＵは、Ｓ３で定められた基本噴射量と補正噴射量とを合算することによって、改質噴射量を算出する。本実施形態では、Ｓ４〜Ｓ７のステップを繰り返すことにより、燃焼変動率が許容上限値を超えた場合には、燃焼変動率が許容上限値以下になるまで改質インジェクタからの改質噴射量が増加される。

Ｓ８では、ＥＣＵは、Ｓ３で定められた基本噴射量から補正噴射量を減算して得られる値が所定の劣化判定値より小さいか否かを判定する。Ｓ８の判定がＮＯである場合には、ＥＣＵは、Ｓ９に移り、改質触媒は劣化していないと判断し再生要求フラグを０とし、この処理を終了する。一方、Ｓ８の判定がＹＥＳである場合には、ＥＣＵは、Ｓ１０に移り、改質触媒は劣化したと判断し改質触媒の再生処理が要求された状態であることを明示すべく再生要求フラグを１とし、この処理を終了する。ここで、再生要求フラグが１にセットされたことに応じて、改質触媒コンバータに付着していたコーキング物質を焼き飛ばす劣化再生処理が実行される。

次に図６を参照して、以上のような改質燃料噴射制御による効果を説明する。
図６は、ＥＧＲ率と燃焼変動率及びＮＯｘ排出量との関係を示す図である。より具体的には、改質触媒への改質噴射量を一定に維持し所定量の水素を生成しながら、ＥＧＲ率を変化させた場合における燃焼変動率とＮＯｘ排出量の変化を示す図である。なお図６において、太実線は劣化のない改質触媒を用いた場合を示し、太破線は劣化した改質触媒を用いた場合を示す。

図６の太実線と太破線で示すように、改質触媒が劣化すると、改質触媒に供給される改質燃料の量に対し改質触媒によって生成される水素の量が減少することから、燃焼変動率は許容上限を超えてしまう。そこで、図６の左側の図に示すように、ＥＧＲ率を減少させると、劣化した改質触媒でも燃焼変動率を許容上限以下にすることができるものの、ＥＧＲ率が減少することに起因して、エンジンからのＮＯｘ排出量も増加する。

これに対し、図４を参照して説明した改質燃料噴射制御では、改質触媒が劣化し燃焼変動率が許容上限を超えた場合、燃焼変動率がこの許容上限以下になるまで改質噴射量を増加させる。この際、ＥＧＲ率制御では、ＥＧＲ率はこの改質噴射量の増加とは独立してエンジンの運転状態に応じて最適になるように定められた目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ率を制御する。したがって、図４を参照して説明した改質燃料噴射制御によれば、エンジン回転数や要求トルク等の変化に起因して目標ＥＧＲ率が変化しない限り、ＥＧＲガス量を維持しながら改質噴射量が増加される。このため、図６の右側に示すように、改質触媒が劣化した場合であっても、燃焼変動率を許容上限以下にしつつＮＯｘ排出量の増加も抑制できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば、上記実施形態では、燃焼変動取得手段として、筒内圧センサを用いた場合について説明したが、本発明はこれらに限られない。燃焼変動取得手段としては、ノックセンサやクランク角センサを用いてもよい。

また上記実施形態では、目標ＥＧＲ率を用いて要求水素量を算出する場合について説明したがが、本発明はこれに限らない。上述のように、目標ＥＧＲ率が定められると、推定ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とが一致するようにＥＧＲ弁の開度が調整される。したがって、改質燃料噴射制御では、目標ＥＧＲ率を用いる代わりに、推定ＥＧＲ率を用いて要求水素量を算出するようにしてもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１２…吸気管（吸気通路）
２…制御装置
３１…ＥＧＲ管（還流通路）
３２…改質触媒コンバータ（改質触媒）
３３…改質インジェクタ（改質燃料供給手段）
３４…ＥＧＲ弁（還流ガス量調整手段）
５…ＥＣＵ（制御手段）
７１…エアフローメータ（ＥＧＲ率取得手段）
７２…筒内圧センサ（燃焼変動取得手段）
７３…クランク角センサ（燃焼変動取得手段）
７４…ノックセンサ（燃焼変動取得手段）
７６…排気温度センサ（触媒温度取得手段）

Claims

内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流する還流通路と、
前記還流通路に設けられ、燃料を改質することで水素を生成する改質触媒と、
前記改質触媒よりも上流側に設けられ、当該改質触媒へ流入する排気ガスに燃料を供給する改質燃料供給手段と、
前記還流通路を通流する排気ガス量を調整する還流ガス量調整手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の気筒内の燃焼変動と相関のあるパラメータを取得する燃焼変動取得手段と、
前記パラメータを用いて燃焼変動が許容上限以下であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって燃焼変動が許容上限より大きいと判定された場合には、燃焼変動が許容上限以下であると判定されるまで前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させる制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記還流通路を介して前記吸気通路に還流されるガス量を減少させずに前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記還流通路を介して前記吸気通路に還流されるガス量を維持しながら前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記燃焼変動取得手段は、前記内燃機関のクランクシャフトの回転に応じて信号を発生するクランク角センサ、前記内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ、及び前記内燃機関の振動を検出するノックセンサのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、取得された改質触媒温度を用いて前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を調整することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
前記気筒内に導入される全ガス量に対する前記還流通路を介して導入されるガス量の割合をＥＧＲ率と定義し、当該ＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、取得されたＥＧＲ率又はその目標値を用いて前記改質燃料供給手段から供給する燃料量を調整することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記取得されたＥＧＲ率又はその目標値に基づいて定められた基準供給量と、前記判定手段によって燃焼変動が許容上限以下であると判定されるように定められた補正供給量とを合わせた量の燃料を前記改質燃料供給手段から供給し、前記基準供給量と前記補正供給量との差が所定値以下となった場合には、前記改質触媒に酸化雰囲気のガスを供給する改質触媒劣化再生処理を実行することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。