JP4251321B2 - 内燃機関および内燃機関の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関および内燃機関の運転方法に関する。

従来から、改質触媒を含む改質器を備え、この改質器で各種燃料を改質して得た燃料成分を燃焼室内で燃焼させることにより、安定した燃焼を得ると共に、排気中のＨＣやＮＯｘの低減化を図る内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、メタノール等の炭化水素系燃料を改質するための改質器としては、改質ガスの水素含有率を増加させるために、燃料の流れ方向上流側の触媒にてアルデヒド等の中間生成物を得ると共に、流れ方向下流側の触媒にてアルデヒド等から水素を得るように構成されたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。更に、短時間のうちに水素リッチな改質ガスを得るために、その始動時に改質触媒を昇温させるヒータが備えられた改質器も知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、改質ガス中の燃料成分（Ｈ_２）の収率を高めるために、触媒温度が所定温度（６００℃）に達した段階で、改質器における空燃比を５付近に設定する技術も知られている（例えば、特許文献４参照。）。

一方、炭化水素系燃料を改質するに際しては、触媒の劣化による改質性能の低下を防止し、副生成物の発生を抑制すると共に、改質器周辺への熱の影響を低減させる上で、改質触媒の温度（触媒床温）を適正に管理することが重要となる。改質触媒の温度を制御する手法としては、改質器に供給される燃料および空気の混合気の空燃比と改質器の到達温度との相関関係を用いて改質器における空燃比を制御することにより、改質触媒の温度を適正に設定する技術が知られている（例えば、特許文献５参照。）。なお、この種の技術に関連性を有する文献としては、下記の特許文献６〜９が存在している。

特開２００１−２４１３６５号公報 特開２０００−２８１３０７号公報 特開平１１−１３０４０５号公報 特開平９−２１３６２号公報 特開２００２−１７９４０５号公報 特開平４−５８０６４号公報 特開２００２−１５４８０７号公報 特開２０００−３２３１６４号公報 特開平１１−９２１０２号公報

従来、燃料を改質するための改質器に関しては、上述のように、改質触媒の温度を適正に管理することに主眼が置かれていた。しかしながら、改質器を備えた内燃機関の全体を考えた場合、単に改質器の温度管理を適正に行うだけでは、内燃機関を要求された条件に応じるように動作させるのに必要な改質ガスを得ることは困難である。

そこで、本発明は、改質器から所望の改質ガスを燃焼室に供給して、内燃機関を要求された条件に正確に応じるように動作させることを目的とする。

本発明による内燃機関は、燃焼室内で所定の燃料成分を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、改質触媒を有し、燃料と空気との混合気を改質して前記燃料成分を含む改質ガスを生成する改質器と、改質器により生成される改質ガスに空気を混合させるための給気路と、給気路に設けられており、給気路を介して改質ガスに混合させられる空気の量を調整するための調整手段と、改質器の改質効率が所定範囲内に維持されるように改質器における混合気の空燃比を設定すると共に、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように改質器に供給される混合気の量を設定する制御手段とを備え、制御手段は、燃焼室に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように改質ガスに混合させられる空気の量を設定し、この設定された空気の量と実際に改質ガスに混合させられる空気の量とが一致するように調整手段を制御し、前記制御手段は、前記改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、前記触媒温度の変動量が所定値に近づき且つ当該所定値を上回らないように前記燃料量を補正することを特徴とする。

この内燃機関は、炭化水素系燃料等の燃料と空気との混合気を改質して例えばＣＯおよびＨ_２等の燃料成分を含む改質ガスを生成する改質器を備え、燃焼室内で改質器からの改質ガスに含まれる燃料成分を燃焼させることにより動力を発生する。ここで、本発明者らは、この種の内燃機関の開発に際して、まず、改質器の改質効率と改質器における燃料および空気の混合気の空燃比とが相関関係を有していることに着目した。

すなわち、改質器の改質効率は、改質器における混合気の空燃比に応じて変化するが、改質器における混合気の空燃比を所定の範囲内に保つと、改質器の改質効率も所定の範囲内に保たれる。これを踏まえて、この内燃機関では、制御手段により、改質器の改質効率が所望範囲内に維持されるように改質器における混合気の空燃比が所定範囲内（好ましくは一定の値）に設定されると共に、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように改質器に供給される混合気の量が設定される。これにより、改質器によって生成される改質ガス中の燃料成分の割合を良好に把握することができるので、改質器から所望の改質ガスを燃焼室に供給して、内燃機関を要求された条件に正確に応じるように動作させることが可能となる。また、改質器の改質効率を所望範囲内に保ちつつ、燃焼室における混合気の空燃比を所望の値となるように設定することができる。

この場合、改質器は、炭化水素系燃料と空気との混合気を改質してＣＯおよびＨ_２を含む改質ガスを生成し、制御手段は、改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃをおよそ０．４〜１．１の範囲内に設定すると好ましく、改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃをおよそ０．８〜１．０５の範囲内に設定するとより一層好ましい。これにより、改質器の改質効率を実用上良好な範囲内に維持することが可能となる。

更に、制御手段は、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように改質器に供給される空気の量を設定すると共に、当該空気の量と上記空燃比とに基づいて改質器に供給される燃料の量を設定すると好ましい。

これにより、改質器の改質効率を所望範囲内に保ちつつ、内燃機関に所望のトルクを発生させることができる。

また、制御手段は、改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、触媒温度の変動量が所定値を上回るまで燃料の量を減少させ、触媒温度の変動量が所定値を上回った場合に燃料の量を増加させると好ましい。

そして、制御手段は、目標トルクに応じて、改質器に供給される空気および燃料の量と、改質ガスに混合させられる空気の量とを概ね同時に設定すると好ましい。

更に、本発明による内燃機関は、改質触媒の温度を検出する温度検出手段を更に備え、制御手段は、温度検出手段の検出値に基づいて改質器における混合気の空燃比を推定可能であると好ましい。

すなわち、改質触媒の温度（触媒床温）と改質器における混合気の空燃比とは相関関係を有しているので、かかる構成によれば、改質触媒の温度から改質器における混合気の空燃比を推定することができる。

また、制御手段は、改質器に供給されている燃料の量に応じて改質器における空燃比の推定値を補正可能であると好ましい。

上述のように、改質触媒の温度と改質器における混合気の空燃比とは相関関係を有しているが、改質触媒の温度は、改質器における混合気の空燃比が一定であっても、改質器に供給されている燃料の量の増加に応じて上昇する。従って、かかる構成のように、改質器に供給される燃料の量に基づいて改質器における空燃比の推定値を補正すれば、改質器における混合気の空燃比を精度よく求めることができる。

更に、制御手段は、改質器に対する燃料と空気との混合気の供給が開始される際に、改質器における混合気の空燃比を上記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも大きな値に設定すると好ましい。

一般に、改質器に対して燃料と空気との混合気の供給が開始される段階では、改質触媒は十分に活性化されていないことが多い。これを踏まえて、かかる構成のもとでは、改質器に対して燃料と空気との混合気の供給が開始されてから例えば所定時間だけ、改質器における混合気の空燃比が上記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも大きな値に設定される。これにより、改質触媒での燃料の着火を促進させることが可能となり、触媒温度を活性温度まで短時間のうちに上昇させることができる。

また、本発明による内燃機関は、燃焼室からの排気を改質器に還流させる排気還流手段を更に備えると好ましい。

本発明の内燃機関では、改質器の改質効率が所望範囲内に維持されるように改質器における混合気の空燃比が設定されるが、この場合、改質器内で燃料と空気とが十分に混ざり合わず、上記所望範囲内の改質効率で改質反応が行なわれなかったり、触媒温度の過剰な上昇を招いたりすることも想定される。これに対して、燃焼室からの排気を改質器に還流させる排気還流手段を内燃機関に設けておけば、燃焼室から改質器に排気を還流させることにより、改質器において燃料と空気とを良好に混合させることができる。

更に、本発明による内燃機関は、改質触媒の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出値に基づいて排気還流手段を制御する手段とを更に備えると好ましい。

本発明の内燃機関では、改質器の改質効率が所望範囲内に維持されるように改質器における混合気の空燃比が設定されるが、改質触媒の温度は、負荷の変化等に応じて急変することから、改質触媒の温度急変に起因して上記所望範囲内の改質効率が得られなくなることも想定される。これに対して、かかる構成のように、改質触媒の温度を温度検出手段により常時モニタし、改質器の器内温度が急変した際（急激に上昇した際）に、排気還流手段により燃焼室から改質器に排気を還流させるか、あるいは、排気還流手段による排気還流量を増加させることにより、改質触媒の温度急変を抑制して、改質器の改質効率を所望範囲内に常時維持することが可能となる。

また、改質器に対する混合気の供給が停止される際に、排気還流手段によって改質器に還流される排気の量が増加させられると好ましい。

改質器における改質反応を停止させるために、改質器に対する混合気の供給が停止される際、改質器内が一時的に酸素過剰な状態になることがある。この場合、改質触媒の温度が急激に上昇し、触媒を劣化させてしまうおそれも生じる。これに対して、改質器に対する混合気の供給が停止される際に、排気還流手段によって改質器に還流される排気の量を増加させれば、改質器内が酸素過剰な状態になることを防止すると共に、改質触媒（改質器）を冷却することが可能となる。従って、かかる構成によれば、急激な昇温に起因する改質触媒の劣化を確実に抑制することができる。

更に、改質器に対する混合気の供給が停止される際に、改質器に対する燃料の供給停止に先立って空気の供給量が減少させられてもよい。

上述のように、改質器に対する混合気の供給が停止される際、改質器内が一時的に酸素過剰な状態になることにより、改質触媒の温度が急激に上昇してしまうことがあり得るが、この場合、かかる構成のように、改質器に対する燃料の供給停止に先立って空気の供給量を減少させてもよい。これにより、改質器内が酸素過剰な状態になることを防止して改質器における反応を抑制すると共に、改質触媒（改質器）を冷却することが可能となる。従って、かかる構成によっても、急激な昇温に起因する改質触媒の劣化を確実に抑制することができる。

また、改質器は、混合気の流れ方向に沿って配設された複数の改質反応部を有し、複数の改質反応部間に定められた酸素供給部に酸素を供給する酸素供給手段を更に備え、酸素供給部よりも流れ方向上流側に配置された改質反応部では、混合気の空燃比が上記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも小さな値に設定されると好ましい。

一般に、改質反応は極めて短時間のうちに進行することから、改質器内の温度は、混合気の流れ方向上流側で高くなる傾向にあり、この傾向が顕著になればなるほど、流れ方向上流側の改質触媒の劣化が進んでしまう。また、改質器（改質触媒）の上流側において空気と燃料とが十分に混ざり合っていない場合、酸素過剰な領域では改質触媒が昇温してしまい、燃料過剰な領域では改質反応が十分進行せず、未改質燃料がそのまま改質ガスに混入されてしまうおそれがある。

これに対して、かかる構成のもとでは、酸素供給部よりも混合気の流れ方向上流側の改質反応部では、混合気の空燃比が上記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも小さな値に設定（燃料過剰化）されるので、酸素供給部よりも上流側の改質反応部における改質触媒の過剰な昇温を抑制することができる。また、燃料は、酸素供給部よりも上流側の改質反応部で気化した後、酸素供給部で酸素と混ざり合い、酸素供給部よりも下流側の改質反応部で良好に改質されることになる。従って、かかる構成を採用すれば、改質触媒の局所的な劣化を抑制すると共に、燃料を確実に改質させて改質器の改質効率を所望範囲内に良好に維持することが可能となる。

更に、酸素供給手段によって改質器の酸素供給部に酸素が供給されており、かつ、所定の運転条件が成立した際に、酸素供給部よりも流れ方向上流側に配置された改質反応部では、混合気の空燃比が上記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも大きな値に設定されると好ましい。

上述のように、酸素供給部よりも流れ方向上流側の改質反応部における混合気の空燃比を小さな値に設定した場合、当該上流側の改質反応部で改質触媒のコーキングを生じてしまうおそれもある。これに対して、かかる構成のように、改質器の酸素供給部に酸素が供給されている場合であっても、改質器の作動時間や改質触媒の温度に関連する所定の運転条件が成立した際に、酸素供給部よりも流れ方向上流側に配置された改質反応部における混合気の空燃比を大きな値に設定することにより、コーキングの発生を抑制すると共に、コーキングを生じた改質触媒を再生することが可能となる。

また、改質器は、改質触媒が配置された改質反応部を有し、改質反応部は、混合気の流れ方向上流端および下流端の少なくとも何れか一方に、他の部位と比較して少ない量の改質触媒を備えた触媒低担持領域を含んでいると好ましい。

かかる構成のように、改質反応部の上流端および下流端の少なくとも何れか一方を触媒低担持領域としておけば、改質反応部の触媒低担持領域以外の領域で生じた反応熱が触媒低担持領域に伝えられることになる。従って、かかる構成を採用すれば、改質器全体の放熱性を向上させることが可能となり、改質触媒の昇温を効果的に抑制することができる。

更に、改質器の上流端を触媒低担持領域とした場合、改質器の上流端における改質反応の進行が抑制されるので、一般に改質器の上流側で生じやすい改質触媒の過剰な昇温を抑制することができる。また、この場合、改質反応部の上流端における触媒低担持領域は、下流側領域から熱が伝えられて適度に昇温するので、改質器に供給された燃料を触媒低担持領域で気化させると共に、空気と良好に混合させることが可能となる。

本発明による内燃機関の運転方法は、改質触媒を有し、燃料と空気との混合気を改質して所定の燃料成分を含む改質ガスを生成する改質器と、改質器により生成される改質ガスに空気を混合させるための給気路と、給気路に設けられており、給気路を介して改質ガスに混合させられる空気の量を調整するための調整手段とを備え、この改質器により生成された改質ガスを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の運転方法において、改質器の改質効率が所定範囲内に維持されるように改質器における混合気の空燃比を設定すると共に、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように改質器に供給される混合気の量を設定し、前記燃焼室に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように前記改質ガスに混合させられる空気の量を設定し、この設定された空気の量と実際に改質ガスに混合させられる空気の量とが一致するように調整手段を制御し、改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、触媒温度の変動量が所定値に近づき且つ当該所定値を上回らないように前記燃料量を補正することを特徴とする。

本発明によれば、改質器から所望の改質ガスを燃焼室に供給して、内燃機関を要求された条件に正確に応じるように動作させることが可能となる。

以下、図面と共に本発明による内燃機関および内燃機関の運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、エンジンブロック２に形成された複数の燃焼室３内で燃料成分を含む混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。各燃焼室３には、吸気管５および排気管６が接続されており、各吸気ポートには、吸気弁７が、各排気ポートには、排気弁８がそれぞれ備えられている。また、内燃機関１は、燃焼室３ごとに点火プラグ９を有している。

図１に示されるように、吸気管５は、サージタンク１０に接続されており、サージタンク１０には、給気管（給気路）Ｌ１が接続されている。給気管Ｌ１は、エアクリーナ１１を介して図示されない空気取入口に接続されており、その中途（サージタンク１０とエアクリーナ１１との間）には、電子スロットル（調整手段）１２が組み込まれている。また、給気管Ｌ１からは、エアクリーナ１１と電子スロットル１２との間に定められた分岐部ＢＰにおいてバイパス管Ｌ２が分岐されている。バイパス管Ｌ２は、中途に流量調整弁１４を有し、その先端（分岐部ＢＰ側の端部と反対側の端部）は、改質器２０に接続されている。

改質器２０は、上述のバイパス管Ｌ２が接続された空燃混合部２１と、空燃混合部２１に隣接する改質反応部２２とを含む。空燃混合部２１には、バイパス管Ｌ２に加えて、ガソリン等の炭化水素系燃料を噴射する燃料噴射装置１５が接続されている。また、改質反応部２２には、例えばジルコニアにロジウムを担持させた改質触媒が配置されている。そして、改質器２０の出口は、接続管Ｌ３を介してサージタンク１０に接続されている。これにより、改質器２０は、給気管Ｌ１をバイパスするように配置されることになる。

一方、給気管Ｌ１の分岐部ＢＰの上流側（分岐部ＢＰとエアクリーナ１１との間）には、空気取入口から取り入れられた空気の総量を検出するエアフローメータ１６が設置されている。また、バイパス管Ｌ２には、分岐部ＢＰと流量調整弁１４との間に、バイパス管Ｌ２を流通する空気の量を検出するエアフローメータ１７が設置されている。更に、接続管Ｌ３には、改質器２０の器内温度（改質触媒の床温）を検出する温度センサ１８が設置されている。また、燃焼室３に接続された排気管６には、排気管６を流通する排気の空燃比を検出する排気Ａ／Ｆセンサ１９が設置されている。

これらのエアフローメータ１６，１７、温度センサ１８および排気Ａ／Ｆセンサ１９は、それぞれＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、上記センサ類が接続される入出力ポート、および、各種情報等が記憶される記憶装置等を含む。また、ＥＣＵ５０には、アクセル５１（アクセル位置センサ）から踏み込み量を示す信号が与えられると共に、回転数センサ５２（クランク角センサ）から内燃機関１の実際の回転数を示す信号が与えられる。そして、ＥＣＵ５０は、エアフローメータ１６，１７、温度センサ１８、排気Ａ／Ｆセンサ１９等の検出値や、アクセル５１および回転数センサ５２からの信号等に基づいて、電子スロットル１２や流量調整弁１４の開度、燃料噴射装置１５による燃料噴射量、点火プラグ９の点火タイミング等を制御する。

このように構成された内燃機関１を動作させる際、改質器２０の空燃混合部２１には、ＥＣＵ５０によって開度調整されるバイパス管Ｌ２の流量調整弁１４を介して空気が導入されると共に、ＥＣＵ５０によって制御される燃料噴射装置１５からガソリン等の燃料が噴射される。ガソリン等の燃料は、空燃混合部２１にて気化すると共にバイパス管Ｌ２からの空気と混ざり合い、改質反応部２２へと流れ込む。改質反応部２２では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応させられ、次の（１）式にて表わされる部分酸化反応が進行することにより、ＣＯおよびＨ_２を含む改質ガスが生成される。そして、生成された改質ガスは、改質器２０の出口から、接続管Ｌ３を介してサージタンク１０内に導入されることになる。
Ｃ_ｍＨ_ｎ＋（ｍ／２）Ｏ_２→ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ_２ …（１）

また、サージタンク１０内には、ＥＣＵ５０によって開度調整される給気管Ｌ１の電子スロットル１２を介して空気が導入される。従って、改質器２０からサージタンク１０内に導入された改質ガスは、サージタンク１０内で更に空気と混合された後、各燃焼室３内に吸入される。そして、所定のタイミングで点火プラグ９が点火されると、燃焼室３内で燃料成分であるＣＯおよびＨ_２が燃焼してピストン４を往復移動させ、これにより、内燃機関１から動力を得ることができる。なお、この内燃機関１では、改質器２０に対する空気および燃料の供給を停止させ、吸気管５に装備された燃料噴射装置１５ｘから燃料を噴射させて動力を得ることも可能である。

さて、上述の内燃機関１では、改質器２０の改質効率と改質器２０における混合気の空燃比との相関関係等を踏まえて、ＥＣＵ（制御手段）５０により、改質器２０の改質効率が実用上良好な所望範囲内に維持されるように、改質器２０における燃料および空気の混合気の空燃比が概ね一定に設定される。従って、内燃機関１では、改質器２０によって生成される改質ガス中の燃料成分ＣＯおよびＨ_２の割合が常に良好に把握されることになる。これにより、改質器２０から所望の改質ガスを燃焼室３に供給して、内燃機関１を要求された条件に正確に応じるように動作させることが可能となる。

ここで、改質器２０における混合気の空燃比と改質器２０の改質効率とは、図２に示されるような相関関係を有している。図２は、改質器２０に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃと、改質器２０における燃料転化率との関係を示すグラフである。この場合、Ｏ／Ｃは、改質器２０に供給される混合気の空燃比と実質的に等価なものであり、燃料転化率は、改質効率を評価するための一つのパラメータである。同図からわかるように、改質器２０における燃料転化率は、改質器２０における混合気のＯ／Ｃに応じて変化し、Ｏ／Ｃが１になるまでの間は、Ｏ／Ｃに概ね比例して増加するが、Ｏ／Ｃが１を超えると、改質器２０の燃料転化率の増加は認められなくなる。

この場合、実用面から見れば、改質器２０の改質効率、すなわち、改質器２０における燃料転化率は、最低でもおよそ４０％程度に維持される必要がある。これは、改質器２０における混合気のＯ／Ｃと改質器２０から得られる改質ガス中のＨ_２濃度との相関関係（図３）からわかるように、Ｏ／Ｃがおよそ０．４の時に燃料転化率がおよそ４０％となり、Ｏ／Ｃが０．４を下回ると、改質器２０から得られる改質ガス中のＨ_２濃度が極端に低下するからである。更に、改質器２０における混合気のＯ／Ｃと改質器２０の触媒床温との相関関係（図４）からわかるように、Ｏ／Ｃが０．４を下回ると、触媒床温は７００℃を下回り、改質触媒におけるコーキングの発生のおそれが高まってしまう。

また、図３からは、Ｏ／Ｃが０．８程度であれば、改質器２０から得られるＨ_２の濃度はピーク時と比べてほぼ遜色なくなることがわかる。従って、改質器２０の改質効率、すなわち、改質器２０における燃料転化率は、Ｏ／Ｃが０．８程度である場合のおよそ８０％以上に設定されると、実用上より好ましいといえる。

一方、図２からわかるように、Ｏ／Ｃが１を超えると、改質器２０の燃料転化率の増加は認められなくなり、その分、Ｈ_２濃度が低下してしまう。また、図４からわかるように、触媒床温は、Ｏ／Ｃが１．０５を超えたあたりから上昇を開始し、Ｏ／Ｃが１．１を超えると、急激に上昇する。従って、改質器２０における改質効率を実用上良好に保つＯ／Ｃの上限は、およそ１．１程度、より好ましくは、１．０５程度とすることができる。

これらを踏まえて、内燃機関１では、改質器２０に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃが、およそ０．４〜１．１の範囲内、より好ましくは、０．８〜１．０５の範囲内の一定値（本実施形態では、Ｏ／Ｃ＝１）に常時設定される。これにより、改質器２０における燃料転化率をおよそ４０〜１００％、より好ましくは、およそ８０〜１００％の範囲内で概ね一定にすることができる。

具体的には、ＥＣＵ５０は、まず、アクセル５１からの信号に示されるアクセル踏み込み量に応じた内燃機関１の目標トルク（アイドル時には、所定の目標回転数）を設定する。更に、ＥＣＵ５０は、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが一定の値（Ｏ／Ｃ＝１）になり、かつ、実際の出力トルク（回転数）と目標トルク（目標回転数）とが一致するように、改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）および燃料噴射装置１５からの燃料噴射量、すなわち、改質器２０に供給される混合気の量を設定する。これと同時に、ＥＣＵ５０は、燃焼室３に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするために電子スロットル１２からサージタンク１０内に供給すべき空気の量（混合空気量）を設定する。

そして、ＥＣＵ５０は、バイパス管Ｌ２のエアフローメータ１７の検出値と先に定めた改質空気供給量とが一致するように流量調整弁１４の開度を調節すると共に、燃料噴射装置１５から先に定めた量の燃料を噴射させる。また、ＥＣＵ５０は、給気管Ｌ１のエアフローメータ１６の検出値とバイパス管Ｌ２のエアフローメータ１７の検出値との偏差が先に定められた混合空気量と一致するように電子スロットル１２の開度を調節する。これにより、改質器２０の改質効率が所望範囲内に保たれると共に、燃焼室３における混合気の空燃比が所望の値に設定され、内燃機関１に所望のトルクを発生させることが可能となる。

なお、上述の内燃機関１において、改質器２０の上流側（分岐部ＢＰと改質器２０との間）に流量調整弁１４を設ける代わりに、図５に示されるように、改質器２０の下流側、すなわち、改質器２０とサージタンク１０とを結ぶ接続管Ｌ３に流量調整弁１４が設けられてもよい。このような構成を採用しても、改質器２０に空気および燃料の混合気を精度よく供給することができる。また、このような構成のもとでは、流量調整弁１４を閉鎖することにより、内燃機関１の動作中に改質器２０を停止させた際、改質反応部２２で増加した未改質ＨＣが燃焼室３内に吸入されてしまうことを防止することができる。

更に、上述の内燃機関１において、図６に示されるように、給気管Ｌ１とバイパス管Ｌ２との分岐部ＢＰに三方流量調整弁１４ｘが備えられてもよい。この場合、電子スロットル１２は、三方流量調整弁１４ｘの上流側かつエアフローメータ１６との間に配置され、バイパス管Ｌ２のエアフローメータは省略され得る。また、三方流量調整弁１４ｘによる分岐部ＢＰから改質器２０への改質空気供給量と、分岐部ＢＰからサージタンク１０への混合空気量とは、ＥＣＵによって個別に設定される。このような構成のもとでは、最終的に燃焼室３内に供給される空気の量を電子スロットル１２のみによって設定可能となるので、機関全体の制御性を向上させることができる。

また、図７に示されるように、分岐部ＢＰと改質器２０との間にエアポンプＡＰが配置されてもよい。この場合、ＥＣＵは、バイパス管Ｌ２のエアフローメータ１７の検出値と、要求される改質空気供給量とが一致するようにエアポンプＡＰに対する供給電力を設定する。このような構成を採用しても、改質器２０に空気および燃料の混合気を精度よく供給することができる。

更に、給気管Ｌ１のエアフローメータ１６は、図８に示されるように、分岐部ＢＰの下流側（分岐部ＢＰとサージタンク１０との間）に配置されてもよい。この場合、最終的に燃焼室３に供給される空気の量は、エアフローメータ１６および１７の検出値の合計となる。また、図９に示されるように、給気管Ｌ１のエアフローメータを省略する一方、サージタンク１０に圧力センサ１３を配置し、圧力センサ１３の検出値に基づいて、最終的に燃焼室３に供給される混合気の量（空燃比）を求めてもよい。これらの構成を採用しても、改質器２０および燃焼室３に空気および燃料の混合気を精度よく供給することができる。

また、第２実施形態に関連して詳説されるように、改質器２０の器内温度（触媒床温）と改質器２０における混合気の空燃比とは相関関係を有していることから、温度センサ１８によって検出される改質器２０の器内温度（触媒床温）から改質器２０における混合気の空燃比（Ｏ／Ｃ）を推定することができる。従って、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８の検出値に基づいて改質器２０における混合気のＯ／Ｃ（空燃比）を推定し、推定したＯ／Ｃが０．４〜１．１の範囲内、より好ましくは、０．８〜１．０５の範囲内の一定値（例えば、Ｏ／Ｃ＝１）になり、かつ、目標トルクに応じるように、改質器２０に供給される混合気の量を設定するものとして構成されてもよい。このような構成を採用すれば、バイパス管Ｌ２からエアフローメータを省略して機関全体のコストを低下させると共に、省スペース化を図ることができる。

〔第２実施形態〕
以下、図１０〜図２１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る内燃機関について説明する。なお、上述の第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図１０に示される内燃機関１Ａは、基本的に、上述の第１実施形態に係る内燃機関１と同様の構成を有するものであるが、第２実施形態に係る内燃機関１Ａでは、バイパス管Ｌ２から、改質器２０の上流側に配置されたエアフローメータが省略されており、機関全体のコストダウン化および省スペース化が図られている。また、内燃機関１Ａでは、改質反応部２２の上流側端部（空燃混合部２１側の端部）に、電熱器等のプレヒータ２３が配置されている。以下、このように構成された内燃機関１Ａの動作を、アイドルオフ時、アイドル時、改質器の始動時および改質器の停止時に分けて具体的に説明する。

（アイドルオフ時）
図１１に示されるように、ＥＣＵ５０に対してアクセル５１からアクセル踏み込み量を示す信号が与えられ、アイドル状態からアイドルオフ状態に移行すると、ＥＣＵ５０は、アクセル５１からの信号に応じた内燃機関１Ａの目標トルクを定める（Ｓ１０）。目標トルクを定めた後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）、燃料噴射装置１５からの燃料噴射量および電子スロットル１２の開度を同時に設定する（Ｓ１２）。

すなわち、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、図１２に例示されるマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応する改質空気供給量を求めると共に、求めた改質空気供給量との関係で、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが１になるように燃料噴射装置１５からの燃料噴射量を算出する。同時に、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、図１３に例示されるマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応する電子スロットル１２の開度を求める。

ここで、図１２の改質空気供給量を設定するためのマップは、目標トルクと改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）との関係を規定するように予め作成されており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。また、図１３のスロットル開度を設定するためのマップは、図１２のマップから求められる改質空気供給量と、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが１になるように算出される燃料噴射量とを踏まえた上で、燃焼室３に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするための電子スロットル１２の開度を目標トルクに応じて規定するように予め作成されている。スロットル開度を設定するためのマップも、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。

これにより、Ｓ１２の処理において、改質器２０に供給される混合気の量（改質空気供給量＋燃料噴射量）と、燃焼室３に吸入される混合気の量（改質ガス＋電子スロットル１２からの空気）との双方が目標トルクに応じて同時に設定される。また、改質器２０における混合気の空燃比は、概ね一定（Ｏ／Ｃ＝１）に設定され、燃焼室３における混合気の空燃比は、例えば理想空燃比等の所望の値に設定される。

そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４にて、電子スロットル１２の開度をＳ１２にて求めた開度に設定すると共に、給気管Ｌ１のエアフローメータ１６の指示値が、Ｓ１２にて求めた改質空気供給量と、Ｓ１２にて求めた電子スロットル１２の開度に対応する流量との和になるように流量調整弁１４を制御し、更に、燃料噴射装置１５からＳ１２にて求めた量の燃料を噴射させる。この際、改質器２０における混合気の空燃比を正確に設定するために、流量調整弁１４からの空気供給が安定した段階で燃料噴射装置１５から燃料を噴射させることが好ましい。

Ｓ１４の処理を実行した後、ＥＣＵ５０は、Ｓ１６にて、以下に説明される燃料噴射量補正ルーチン（図１４）およびスロットル開度補正ルーチン（図１７）を実行する。これにより、改質器２０の改質効率を概ね一定に保ちつつ、燃焼室３における混合気の空燃比を所望の値となるように設定することが可能となり、実際の出力トルクを目標トルクに精度よく一致させることができる。なお、アイドルオフ状態が継続される間、上述のＳ１０〜Ｓ１６の処理が繰り返されることになる。

図１４は、Ｓ１６における燃料噴射量補正ルーチンを説明するためのフローチャートである。同図に示されるように、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４の処理を実行した後に、接続管Ｌ３に配置されている温度センサ１８から受け取った信号に基づいて、改質器２０の改質反応部２２における触媒床温を求める（Ｓ１００）。改質器２０における触媒床温を求めた後、ＥＣＵ５０は、求めた触媒床温と、Ｓ１２にて定めた燃料噴射量と、図１５に例示されるマップとを用いて、改質器２０における混合気の空燃比（Ｏ／Ｃ）を推定する（Ｓ１０２）。

ここで、触媒床温と改質器２０における混合気のＯ／Ｃ（空燃比）とは相関関係を有しており、改質器２０における混合気のＯ／Ｃによって改質反応部２２における触媒床温が変化する。また、触媒床温は、改質器２０に供給されている燃料の量によっても変化し、改質器２０に供給されている燃料の量が多いほど、触媒床温が上昇する。これを踏まえて、内燃機関１Ａでは、触媒床温と改質器２０における混合気のＯ／Ｃとの相関関係を改質器２０への燃料噴射量に応じて規定（補正）するマップ（図１５）が予め作成されており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。そして、このようなマップを用いることにより、改質反応部２２における触媒床温と改質器２０に供給されている燃料の量とから、改質器２０における混合気のＯ／Ｃ（空燃比）を精度よく求めることが可能となる。

ＥＣＵ５０は、改質器２０における混合気のＯ／Ｃを推定した後、Ｏ／Ｃの推定値が予め定められている第１の閾値ＯＣＬを下回っているか否かを判定する（Ｓ１０４）。第１の閾値ＯＣＬは、例えば、Ｓ１２にて決定されるＯ／Ｃの目標値よりも所定量（所定の割合）だけ小さい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０４にてＯ／Ｃの推定値が閾値ＯＣＬを下回っていると判断した場合、Ｏ／Ｃの推定値と閾値ＯＣＬとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射装置１５からの燃料噴射量を（僅かに）減少させる（Ｓ１０６）。これにより、改質器２０における混合気がリーン化されるので、Ｏ／Ｃを閾値ＯＣＬよりも大きくして目標値（本実施形態では、１）に近づけることができる。

一方、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０４にてＯ／Ｃの推定値が所定の値ＯＣＬを下回っていないと判断した場合、Ｏ／Ｃの推定値が予め定められている第２の閾値ＯＣＨを上回っているか否かを更に判定する（Ｓ１０８）。第２の閾値ＯＣＨは、例えば、Ｓ１２にて決定されるＯ／Ｃの目標値よりも所定量（所定の割合）だけ大きい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０８にてＯ／Ｃの推定値が閾値ＯＣＨを上回っていると判断した場合、Ｏ／Ｃの推定値と閾値ＯＣＨとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射装置１５からの燃料噴射量を（僅かに）増加させる（Ｓ１１０）。これにより、改質器２０における混合気がリッチ化されるので、Ｏ／Ｃを閾値ＯＣＨよりも小さくして目標値（本実施形態では、１）に近づけることができる。

このように、内燃機関１Ａでは、燃料噴射量補正ルーチンが実行され、推定された改質器２０における混合気のＯ／Ｃを用いて改質器２０に供給される燃料の量が適切にフィードバック補正されるので、改質器２０におけるＯ／Ｃを一定に保って改質効率を所望範囲内に良好に維持することが可能となる。なお、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０６またはＳ１１０の処理が終了した段階で、図１１の基本処理を再度実行する。また、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０８にてＯ／Ｃの推定値が第２の閾値ＯＣＨを上回っていないと判断した場合、燃料噴射量の補正を行なうことなく、図１１の基本処理を再度実行する。

ところで、改質器２０の改質効率が実用上良好となるのは、上述のように、Ｏ／Ｃがおよそ０．８〜１．０５の範囲内に維持される場合であるが、Ｏ／Ｃがおよそ０．８〜１．０５の範囲内にある場合、図１５からわかるように、触媒床温の変動も所定範囲内に保たれる。その一方で、Ｏ／Ｃが例えばおよそ１．０５よりも大きい場合、Ｏ／Ｃの変動ごとの触媒床温の変動量ΔＴ（Ｓ２００の処理の前後における触媒昇温の変動量）は、所定値ΔＴ１よりも大きくなる。これを踏まえて、改質器２０の改質効率を所望範囲内に維持するためには、図１６に示されるように、触媒床温の変動量ΔＴに基づいて燃料噴射量を補正してもよい。

図１６に示される例において、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４の処理を実行した後に、一旦、燃料噴射装置１５からの燃料噴射量を所定量（僅かに）減少させることにより、改質器２０における混合気をリーン化する（Ｓ２００）。改質器２０における混合気をリーン化した後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、Ｓ２００の処理後における触媒床温の変動量ΔＴを求め（Ｓ２０２）、求めた触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を上回っているか否かを判定する（Ｓ２０４）。ＥＣＵ５０は、Ｓ２０４にて触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を上回っていないと判断した場合、Ｓ２００〜Ｓ２０４までの処理を繰り返す。

一方、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０４にて触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を上回っていると判断した場合、改質器２０における混合気をリッチ化すべく燃料噴射装置１５による燃料噴射量を所定量（所定の割合）だけ増加させる（Ｓ２０６）。改質器２０における混合気をリッチ化した後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、Ｓ２０６の処理後における触媒床温の変動量ΔＴを求め（Ｓ２０８）、求めた触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を下回っているか否かを判定する（Ｓ２１０）。ＥＣＵ５０は、Ｓ２１０にて触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を下回っていないと判断した場合、Ｓ２０６〜Ｓ２１０までの処理を繰り返す。そして、Ｓ２１０にて、触媒床温の変動量ΔＴが所定値ΔＴ１を下回っていると判断された場合、ＥＣＵ５０の処理は、図１１の基本処理に戻る。このような手順に従って燃料噴射量補正ルーチンが実行された場合、改質器２０における混合気のＯ／ＣがＯ／Ｃ＝１近傍の変極点を超えないほぼ一定値に維持されるように、改質器２０に供給される燃料の量が補正されるので、改質器２０の改質効率を所望範囲内に良好に維持することが可能となる。

図１７は、Ｓ１６におけるスロットル開度補正ルーチンを説明するためのフローチャートである。同図に示されるように、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４の処理を実行した後に、排気管６に配置されている排気Ａ／Ｆセンサ１９から受け取った信号に基づいて、燃焼室３内における空燃比を求める（Ｓ３００）。燃焼室３内における空燃比を求めた後、ＥＣＵ５０は、求めた燃焼室３内の空燃比が予め定められている第１の閾値ＡＦ１を下回っているか否かを判定する（Ｓ３０２）。第１の閾値ＡＦ１は、例えば、エンジン回転数やエンジン負荷状態等により決定される燃焼室３内の目標空燃比よりも所定量（所定の割合）だけ小さい値として定められる。

ＥＣＵ５０は、Ｓ３０２にて燃焼室３内の空燃比が閾値ＡＦ１を下回っていると判断した場合、燃焼室３への混合気がリーン化されるように、燃焼室３内の空燃比と閾値ＡＦ１との偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ電子スロットル１２の開度を（僅かに）増加させる（Ｓ３０４）。一方、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０２にて燃焼室３内の空燃比が閾値ＡＦ１を下回っていないと判断した場合、求めた燃焼室３内の空燃比が第２の閾値ＡＦ２を上回っているか否かを更に判定する（Ｓ３０６）。第２の閾値ＡＦ２は、例えば、エンジン回転数やエンジン負荷状態等により決定される燃焼室３内の目標空燃比よりも所定量（所定の割合）だけ大きい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０６にて燃焼室３内の空燃比が閾値ＡＦ２を上回っていると判断した場合、燃焼室３への混合気がリッチ化されるように、燃焼室３内の空燃比と閾値ＡＦ２との偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ電子スロットル１２の開度を（僅かに）減少させる（Ｓ３０８）。

このように、内燃機関１Ａでは、スロットル開度補正ルーチンが実行され、燃焼室３内における混合気の空燃比を用いて電子スロットル１２の開度が適切にフィードバック補正されるので、燃焼室３における混合気の空燃比を所望の値となるように正確に設定可能となる。なお、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０４またはＳ３０８の処理が終了した段階で、図１１の基本処理を再度実行する。また、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０６にて燃焼室３内の空燃比が閾値ＡＦ２を上回っていないと判断した場合、スロットル開度の補正を行なうことなく、図１１の基本処理を再度実行する。

（アイドル時）
図１８に示されるように、内燃機関１Ａの動作状態がアイドル状態にある場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関１Ａの目標回転数を定める（Ｓ２０）。ＥＣＵ５０は、目標回転数を定めた後、改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）、燃料噴射装置１５からの燃料噴射量および電子スロットル１２の開度を同時に設定する（Ｓ２２）。

この場合、Ｓ２２にて、ＥＣＵ５０は、目標回転数と改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）との関係を規定するように予め作成されたマップ（図示省略）から、目標回転数に応じた改質空気供給量を求める。また、Ｓ２２にて、ＥＣＵ５０は、求めた改質空気供給量との関係で、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが１になるように燃料噴射装置１５からの燃料噴射量を算出する。更に、Ｓ２２にて、ＥＣＵ５０は、マップから求められる改質空気供給量と、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが１になるように算出される燃料噴射量とを踏まえた上で、燃焼室３に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするための電子スロットル１２の開度を目標回転数に応じて規定するように予め作成されたマップから、電子スロットル１２の開度を求める。

これにより、Ｓ２２の処理において、改質器２０に供給される混合気の量（改質空気供給量＋燃料噴射量）と、燃焼室３に吸入される混合気の量（改質ガス＋電子スロットル１２からの空気）との双方が目標回転数に応じて同時に設定される。また、改質器２０における混合気の空燃比は、概ね一定（Ｏ／Ｃ＝１）に設定され、燃焼室３における混合気の空燃比は、エンジン回転数やエンジン負荷状態等に応じた所望の値に設定される。

そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ２４にて、電子スロットル１２の開度をＳ２２にて求めた開度に設定すると共に、給気管Ｌ１のエアフローメータ１６の指示値が、Ｓ２２にて求めた改質空気供給量と、Ｓ２２にて求めた電子スロットル１２の開度に対応する流量との和になるように流量調整弁１４を制御し、更に、燃料噴射装置１５からＳ２２にて求めた量の燃料を噴射させる。Ｓ２４の処理を実行した後、ＥＣＵ５０は、回転数センサ５２からの信号に基づいて内燃機関１Ａの実際の回転数を求めると共に、求めた実際の回転数がＳ２０にて定めた目標回転数よりも所定量（所定の割合）だけ小さい閾値Ｎｅ１を下回っているか否かを判定する（Ｓ２６）。ＥＣＵ５０は、Ｓ２６にて実際の回転数が閾値Ｎｅ１を下回っていると判断した場合、改質空気供給量が増加するように流量調整弁１４を制御する（Ｓ２８）。この場合、Ｓ２２にて改質器２０における混合気のＯ／Ｃを１にするように燃料噴射量が算出されていることから、改質空気供給量が増加すれば、それに合せて燃料噴射量も増加することになる。なお、燃焼室３における混合気の空燃比を所望の値に維持するために、ＥＣＵ５０は、改質空気供給量と燃料噴射量との増加分に応じて電子スロットル１２の開度を調節する。

また、ＥＣＵ５０は、Ｓ２６にて実際の回転数が閾値Ｎｅ１を下回っていないと判断した場合、求めた実際の回転数がＳ２０にて定めた目標回転数よりも所定値（所定の割合）だけ大きい閾値Ｎｅ２を上回っているか否かを更に判定する（Ｓ３０）。ＥＣＵ５０は、Ｓ３０にて実際の回転数が閾値Ｎｅ２を上回っていると判断した場合、改質空気供給量が減少するように流量調整弁１４を制御する（Ｓ３２）。この場合も、Ｓ２２にて改質器２０における混合気のＯ／Ｃを１にするように燃料噴射量が算出されていることから、改質空気供給量が減少すれば、それに合せて燃料噴射量も減少することになる。なお、燃焼室３における混合気の空燃比を所望の値に維持するために、ＥＣＵ５０は、改質空気供給量と燃料噴射量との減少分に応じて電子スロットル１２の開度を調節する。一方、Ｓ３０にて、実際の回転数が閾値Ｎｅ２を上回っていないと判断された場合、改質空気供給量の補正は行なわれない。そして、アイドル状態が継続される間、上述のＳ２０〜Ｓ３２の処理が繰り返されることになる。これにより、内燃機関１Ａでは、アイドル時においても、改質器２０の改質効率を概ね一定に保ちつつ、実際の出力トルクを目標トルクに精度よく一致させることが可能となる。

（改質器の始動時）
内燃機関１Ａを始動させるために、改質器２０に対する混合気の供給が開始される段階では、改質反応部２２の改質触媒は十分に活性化されていないことが多い。このため、改質器２０に対する混合気の供給を開始するに際して、ＥＣＵ５０は、図１９に示されるように、まず、改質反応部２２の上流側端部に配置されているプレヒータ２３を作動させる。これにより、改質器２０の改質反応部２２における触媒床温は徐々に上昇していく。また、ＥＣＵ５０は、プレヒータ２３の作動開始後、温度センサ１８により検出される触媒床温（改質器２０の器内温度）をモニタする。

ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、触媒床温が所定温度Ｔａに達したと判断した場合、改質器２０に対する流量調整弁１４からの空気の供給および燃料噴射装置１５からの燃料噴射を開始させる。この際、ＥＣＵ５０は、図１９に示されるように、改質器２０における混合気のＯ／Ｃが１よりも大きい所定の値になるように流量調整弁１４と燃料噴射装置１５とを制御する。

このように、内燃機関１Ａでは、改質器２０に対する混合気の供給が開始される際に、改質器２０における混合気が定常運転時（Ｏ／Ｃ＝１）よりもリーン化（Ｏ／Ｃ＞１）される。これにより、改質反応部２２では、上記（１）式の部分酸化反応よりも発熱量が大きい（２）式の完全酸化反応が進行しやすくなる。
Ｃ_ｍＨ_ｎ＋（ｍ＋ｎ／４）Ｏ_２→ｍＣＯ_２＋（ｎ／２）Ｈ_２Ｏ …（２）

この結果、内燃機関１Ａでは、改質器２０に対する混合気の供給を開始した直後に、改質触媒での燃料の着火が促進されることになり、図１９に示されるように、触媒温度の上昇度（変動量）を大きくして、改質触媒を活性温度Ｔｂまで短時間のうちに昇温させることが可能となる。また、このような構成を採用することにより、図１９に示されるように改質触媒が活性温度Ｔｂに達する前にプレヒートを停止させるか（プレヒート時間を短縮化させるか）、あるいは、プレヒート温度（プレヒータ２３への供給電力）を低下させることが可能となる。

なお、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、触媒床温が所定温度Ｔｂに達したと判断した場合、改質器２０における混合気のＯ／Ｃを定常時の１に設定する。これにより、改質器２０の改質効率が所望範囲内に維持されると共に、改質触媒の過剰な昇温が抑制される。

（改質器の停止時）
内燃機関１Ａを停止させたり、いわゆる冷間始動に際して吸気管５の燃料噴射装置１５ｘから燃料を噴射させて内燃機関１Ａを作動させたりするために、改質器２０に対する混合気の供給が停止される場合、改質器２０の改質反応部２２が一時的に酸素過剰な状態になって触媒床温が急激に上昇し、改質触媒を劣化させてしまうおそれがある。これを防止するために、内燃機関１Ａでは、図２０および図２１に示されるような手順に従って、改質器２０に対する混合気の供給が停止させられる。

この場合、ＥＣＵ５０は、改質器２０に対する混合気の供給を停止すべき旨の指令を受け取ると、まず、流量調整弁１４を完全に閉鎖させ、バイパス管Ｌ２を介した空気の供給を完全に停止させる（Ｓ４０）。流量調整弁１４を閉鎖させた後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、改質反応部２２の触媒床温Ｔが所定温度Ｔ１を下回っているか否かを判定する（Ｓ４２）。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ４２にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ１を下回っていると判断した場合、燃料噴射装置１５を停止させ、改質器２０に対する燃料供給を停止させる（Ｓ４４）。

このように、内燃機関１Ａでは、改質器２０に対する燃料の供給停止に先立って空気の供給が停止させられる。これにより、改質器２０内が酸素過剰な状態になることを防止して改質反応部２２における反応を抑制すると共に、改質触媒（改質器２０）を冷却することが可能となり、急激な昇温に起因する改質触媒の劣化を確実に抑制することができる。なお、本実施形態では、Ｓ４０にて流量調整弁１４が完全に閉鎖され、バイパス管Ｌ２を介した空気の供給が完全に停止させられるが、これに限られるものではない。すなわち、Ｓ４０の処理は、改質器２０に対する空気の供給量を減少させるものであればよく、例えば、Ｓ４０において、空気供給量がそれまでの値の例えば５０％程度に減少させられてもよい。

Ｓ４４にて改質器２０に対する燃料供給を停止させた後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１８からの信号に基づいて、改質反応部２２の触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２（ただし、Ｔ２＜Ｔ１）を下回っているか否かを判定する（Ｓ４６）。ここで、Ｓ４４にて燃料供給を停止させた後であっても、改質器２０内が酸素過剰な状態となり、図２１において一点鎖線で示されるように、触媒床温Ｔが却って上昇してしまうことがある。このため、ＥＣＵ５０は、Ｓ４６にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２を下回っていないと判断した場合、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ３（ただし、Ｔ３＞Ｔ１）を上回っているか否かを更に判定する（Ｓ４８）。

ＥＣＵ５０は、Ｓ４８にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ３を上回っていると判断した場合、燃料噴射装置１５から所定量の燃料を再度噴射させる（Ｓ５０）。このように、改質器２０に対する燃料供給を一旦停止させた後であっても、触媒床温Ｔが上昇してしまった場合には、改質器２０内が酸素過剰な状態にあるので、改質器２０に対する燃料供給を再開することにより、改質器２０内の酸素過剰状態を解消して触媒床温Ｔの更なる上昇を抑制し、改質触媒、更には、改質器２０の全体の冷却を促進させることができる。

Ｓ５０にて改質器２０に対する燃料供給を再開させた後、ＥＣＵ５０は、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ１を下回っているか否かを判定し（Ｓ４２）、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ１を下回っていると判断した場合、燃料噴射装置１５を停止させて改質器２０に対する燃料供給を停止させる（Ｓ４４）。また、ＥＣＵ５０は、Ｓ４８にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ３を上回っていないと判断した場合、再度、Ｓ４６にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２を下回っているか否かを判定する。

Ｓ４６にて、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２を下回っていると判断された場合、ＥＣＵ５０によって流量調整弁１４の開度が予め定められた開度に設定され、バイパス管Ｌ２からの改質器２０に対する空気の供給が再開される（Ｓ５２）。これにより、改質器２０内に残された混合気をパージすることが可能となる。更に、ＥＣＵ５０は、流量調整弁１４を再度開放させた後、温度センサ１８からの信号に基づいて、改質反応部２２の触媒床温Ｔが所定温度Ｔ５（ただし、Ｔ５＜Ｔ２）を下回っているか否かを判定する（Ｓ５４）。

ここで、Ｓ５２にて空気の供給を再開した場合にも、改質器２０内が酸素過剰な状態となり、図２１において二点鎖線で示されるように、触媒床温Ｔが却って上昇してしまうことがある。このため、ＥＣＵ５０は、Ｓ５４にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ５を下回っていないと判断した場合、更に、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ４（ただし、Ｔ４＞Ｔ２）を上回っているか否かを判定する（Ｓ５６）。

ＥＣＵ５０は、Ｓ５６にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ４を上回っていると判断した場合、流量調整弁１４の開度を減少させて、改質器２０に対する空気の供給量を所定量だけ減少させる（Ｓ５８）。このように、改質器２０に対する空気の供給を再開させた後に触媒床温Ｔが再度上昇してしまった場合には、改質器２０に対する空気の供給量を減少させることにより、触媒床温Ｔの更なる上昇を抑制し、改質触媒、更には、改質器２０の全体の冷却を促進させることができる。

Ｓ５８にて改質器２０に対する空気の供給量を減少させた後、ＥＣＵ５０は、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２を下回っているか否かを判定し（Ｓ４６）、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ２を下回っていると判断した場合、流量調整弁１４の開度を予め定められた開度に設定する（Ｓ５２）。また、ＥＣＵ５０は、Ｓ５６にて、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ４を上回っていないと判断した場合、再度、Ｓ５４にて、触媒床温Ｔが所定温度Ｔ５を下回っているか否かを判定する。そして、Ｓ５４にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔ５を下回っていると判断された場合、ＥＣＵ５０によって流量調整弁１４が完全に閉鎖され、バイパス管Ｌ２からの改質器２０に対する空気の供給が停止され（Ｓ６０）、これにより、改質器２０が完全に停止されることになる。

〔第３実施形態〕
以下、図２２および図２３を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る内燃機関について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図２２に示される内燃機関１Ｂは、基本的に、上述の第２実施形態に係る内燃機関１Ａと同様の構成を有するものであるが、第３実施形態に係る内燃機関１Ｂは、燃焼室３からの排気（不活性ガス）を改質器２０に還流させることができるように構成されている。すなわち、燃焼室３に接続された排気管６からは、排気Ａ／Ｆセンサ１９の下流側において、排気還流管Ｌ４が分岐されている。排気還流管Ｌ４は、中途に流量調整弁１４Ｂを有し、その先端は、流量調整弁１４と改質器２０との間においてバイパス管Ｌ２に接続されている。また、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂは、バイパス管Ｌ２の流量調整弁１４と同様に、ＥＣＵ５０によって制御される。これらの排気還流管Ｌ４、流量調整弁１４ＢおよびＥＣＵ５０は、燃焼室３からの排気を改質器２０に還流させる排気還流手段として機能する。

このように構成される第３実施形態の内燃機関１Ｂにおいても、上述の内燃機関１および１Ａと同様に、改質器２０の改質効率が所望範囲内に維持されるように、ＥＣＵ５０によって改質器２０における混合気の空燃比（Ｏ／Ｃ）が一定の値（Ｏ／Ｃ＝１）に設定される。しかしながら、様々な要因により、改質器２０内で燃料と空気とが十分に混ざり合わず、上記所望範囲内の改質効率で改質反応が行なわれなくなってしまうことも想定され得る。

この点に鑑みて、第３実施形態に係る内燃機関１Ｂでは、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂが常時所定の開度で開放され、燃焼室３からの排気が改質器２０の空燃混合部２１に還流させられる。これにより、内燃機関１Ｂでは、燃料と空気とを良好に混合させると共に改質反応部２２内を適切に昇温させることができるので、改質器２０の改質効率を上述の所望範囲内に良好に維持することが可能となる。

一方、改質器２０の触媒床温Ｔは、負荷の変化等に応じて急変することもあり、改質器２０における温度急変により、上記所望範囲内の改質効率が得られなくなったり、触媒床温Ｔの過剰な上昇を招いてしまったりすることも想定され得る。このため、ＥＣＵ５０は、図２３に示されるように、温度センサ１８からの信号に基づいて、常時、改質反応部２２の触媒床温Ｔをモニタしている。

すなわち、ＥＣＵ５０は、改質器２０の稼動中、温度センサ１８からの信号に基づいて、触媒床温Ｔが所定温度Ｔｘを上回っているか否かを判定する（Ｓ７０）。ＥＣＵ５０は、Ｓ７０にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔｘを上回っていると判断した場合、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂの開度を所定量だけ増加させ、燃焼室３から改質器２０への排気還流量を増加させる（Ｓ７２）。これにより、内燃機関１Ｂでは、負荷の急変等によって触媒床温Ｔが急激に上昇したような場合であっても、燃焼室３から改質器２０に還流される排気（不活性ガス）を利用して、触媒床温Ｔの更なる上昇を抑制し、改質触媒、更には、改質器２０の全体を冷却させることが可能となる。

また、ＥＣＵ５０は、Ｓ７０にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔｘを上回っていないと判断した場合、触媒床温Ｔが所定温度Ｔｙ（ただし、Ｔｙ＜Ｔｘ）を下回っているか否かを更に判定する（Ｓ７４）。ＥＣＵ５０は、Ｓ７４にて触媒床温Ｔが所定温度Ｔｙを下回っていると判断した場合、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂの開度を所定量だけ減少させ、燃焼室３から改質器２０への排気還流量を減少させる（Ｓ７６）。これにより、燃焼室３から改質器２０に対して必要以上に排気を還流することが防止され、改質器２０の改質効率を上述の所望範囲内に常時維持することが可能となる。

なお、Ｓ７４にて、触媒床温Ｔが所定温度Ｔｙを下回っていないと判断された場合、すなわち、触媒床温ＴがＴｙ以上かつＴｘ以下である場合には、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂの開度は変更されず、定常時の開度に維持される。これにより、改質器２０の改質効率は、上述の所望範囲内に確実に維持されることになる。

また、本実施形態では、内燃機関１Ｂを停止させたり、いわゆる冷間始動に際して吸気管５の燃料噴射装置１５ｘから燃料を噴射させて内燃機関１Ｂを作動させたりするために、改質器２０に対する混合気の供給が停止される場合、燃焼室３から改質器２０に還流される排気の量が増加させられる。

すなわち、内燃機関１ＢのＥＣＵ５０は、改質器２０に対する混合気の供給を停止すべき旨の指令を受け取ると、排気還流管Ｌ４の流量調整弁１４Ｂの開度を定常時よりも所定量だけ増加させる。これにより、改質器２０に対する混合気の供給を停止させる際に、改質器２０内が酸素過剰な状態になることを防止して改質反応部２２における反応を抑制すると共に、改質触媒（改質器）を冷却することができる。これにより、改質触媒の急激な昇温に起因する劣化を確実に抑制することが可能となる。

〔第４実施形態〕
以下、図２４および図２５を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る内燃機関について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図２４に示される内燃機関１Ｃは、基本的に、上述の第２実施形態に係る内燃機関１Ａと同様の構成を有するものであるが、第４実施形態に係る内燃機関１Ｃは、上述の内燃機関１，１Ａおよび１Ｂに備えられていたものとは異なる改質器２０Ｃを含む。改質器２０Ｃは、図２４に示されるように、混合気の流れ方向に沿って配設された複数の改質反応部２２ａおよび２２ｂを有し、改質反応部２２ａおよび２２ｂの間には、改質触媒が配置されていない空間である空気供給部（酸素供給部）２４が画成されている。

また、バイパス管Ｌ２からは、給気管Ｌ１との分岐部ＢＰと流量調整弁１４との間において、分岐管Ｌ５が分岐されている。分岐管Ｌ５は、中途に流量調整弁１４Ｃを有し、その先端は、改質反応部２２ａおよび２２ｂの間の空気供給部２４に接続されている。分岐管Ｌ５の流量調整弁１４Ｃは、バイパス管Ｌ２の流量調整弁１４と同様に、ＥＣＵ５０によって制御される。これらの分岐管Ｌ５、流量調整弁１４ＣおよびＥＣＵ５０は、改質反応部２２ａおよび２２ｂの間に定められた空気供給部２４に空気（酸素）を供給する手段として機能する。

このように構成される内燃機関１Ｃでは、改質器２０Ｃの全体における混合気のＯ／Ｃが一定の値（Ｏ／Ｃ＝１）になり、かつ、実際の出力トルク（回転数）と目標トルク（目標回転数）とが一致するように、バイパス管Ｌ２および分岐管Ｌ５を介して改質器２０Ｃに供給される空気の量（改質空気供給量）および燃料噴射装置１５からの燃料噴射量、すなわち、改質器２０Ｃに供給される混合気の量が設定される。

ここで、改質反応は極めて短時間のうちに進行することから、改質器の器内温度（触媒床温）は、混合気の流れ方向上流側で高くなる傾向にあり、この傾向が顕著になればなるほど、流れ方向上流側の改質触媒の劣化が進んでしまう。また、改質器（改質触媒）の上流側において空気と燃料とが十分に混ざり合っていない場合、酸素過剰な領域では上記（２）式の完全酸化反応が進行して改質触媒が昇温してしまい、燃料過剰な領域では改質反応が十分進行せず、未改質ＨＣがそのまま改質ガスに混入されてしまうおそれがある。

これを踏まえて、第４実施形態に係る内燃機関１Ｃでは、空気供給部２４よりも流れ方向上流側に配置された改質反応部２２ａに供給される混合気がリッチ化される。すなわち、内燃機関１Ｃでは、改質器２０Ｃの空燃混合部２１における混合気のＯ／Ｃが１よりも小さい値になるように、ＥＣＵ５０によってバイパス管Ｌ２の流量調整弁１４および分岐管Ｌ５の流量調整弁１４Ｃの開度が適切に調節される。これにより、空気供給部２４よりも上流側の改質反応部２２ａにおける改質触媒の過剰な昇温を抑制することができる。

この場合、空気供給部２４よりも上流側の改質反応部２２ａには、未改質ＨＣが残されることになるが、未改質ＨＣは、昇温した改質反応部２２ａにて概ね気化され、空気供給部２４にて酸素と混ざり合った後、空気供給部２４よりも下流側の改質反応部２２ｂで良好に改質されることになる。従って、内燃機関１Ｃによれば、改質触媒の局所的な劣化を抑制すると共に、燃料を確実に改質させて改質器２０Ｃの改質効率を所望範囲内に良好に維持することが可能となる。

一方、上述のように、空気供給部２４よりも上流側の改質反応部２２ａにおける混合気の空燃比をリッチ化した場合、当該上流側の改質反応部２２ａが燃料過剰な雰囲気になることにより、改質反応部２２ａにて改質触媒のコーキングを生じてしまうおそれもある。この点に鑑みて、内燃機関１Ｃでは、分岐管Ｌ５から改質器２０Ｃの空気供給部２４に空気が供給されている場合であっても、所定の運転条件が成立した際に、空気供給部２４よりも上流側の改質反応部２２ａにおいて混合気がリーン化される。

すなわち、図２５に示されるように、内燃機関１ＣのＥＣＵ５０は、常時、空気供給部２４よりも上流側の改質反応部２２ａでコーキングの発生のおそれがあるか否かを判定している（Ｓ８０）。この場合、コーキングの発生の有無は、例えば、触媒床温、改質反応部２２ａに対する空気供給量および燃料供給量等を踏まえた上で、改質器２０Ｃの稼動時間等から判定することができる。

ＥＣＵ５０は、Ｓ８０にて、改質反応部２２ａでコーキングの発生のおそれがあると判定した場合、所定時間だけ改質器２０Ｃの空燃混合部２１における混合気のＯ／Ｃが１よりも大きな値になるように、バイパス管Ｌ２の流量調整弁１４および分岐管Ｌ５の流量調整弁１４Ｃの開度を適切に設定する（Ｓ８２）。これにより、改質反応部２２ａ内を一時的に酸素過剰な状態にして、コーキングの発生を抑制すると共に、コーキングを生じた改質触媒の再生を実行することが可能となる。Ｓ８０にて、コーキングの発生のおそれがないと判定された場合、空燃混合部２１における混合気のＯ／Ｃは、改質器２０Ｃの空燃混合部２１における混合気がリッチ化されるように通常時の１よりも小さな値に設定される（Ｓ８４）。

なお、本実施形態において、上流側の改質反応部２２ａの触媒担持量が下流側の改質反応部２２ｂと比較して少なくされてもよい。また、改質反応部２２ａおよび２２ｂに改質触媒を担持させたハニカム材が配置される場合、上流側の改質反応部２２ａに配置されるハニカム材のセル数を下流側の改質反応部２２ｂと比較して少なくしてもよい。更に、上流側の改質反応部２２ａには、プレヒータが設けられてもよい。

〔第５実施形態〕
以下、図２６〜図２８を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る内燃機関について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図２６は、上述の第１〜第３実施形態に係る内燃機関１，１Ａおよび１Ｂのそれぞれに適用可能な改質器２００を示す概略構成図である。同図に示される改質器２００では、改質反応部２２が混合気の流れ方向において複数の領域２２ｘ，２２ｙおよび２２ｚに区分されている。各領域２２ｘ，２２ｙおよび２２ｚには、改質触媒を担持させたハニカム部材がそれぞれ配置される。そして、本実施形態では、混合気の流れ方向上流側の領域２２ｘと、流れ方向下流側の領域２２ｚに配置されるハニカム部材には、領域２２ｘおよび２２ｙの間に位置する領域２２ｙのハニカム部材よりも少ない量の改質触媒が担持されている。

このように、第５実施形態に係る改質器２００では、改質反応部２２が、混合気の流れ方向上流端および下流端に、領域２２ｙと比較して少ない量の改質触媒が配置された触媒低担持領域２２ｘおよび２２ｙを含んでいる。これにより、改質器２００の稼動中、改質反応部２２の上流側の領域２２ｘにおける改質反応の進行が抑制されるので、一般に改質器の上流側で生じやすい改質触媒の過剰な昇温を抑制することができる。

また、改質器２００において、改質反応部２２の上流端の領域２２ｘは、下流側の領域２２ｙから熱が伝えられて適度に昇温するので、改質器２００の空燃混合部２１に供給された燃料を上流側の領域２２ｘで気化させると共に、空気と良好に混合させることが可能となる。更に、改質器２００では、触媒低担持領域ではない領域２２ｙで生じた反応熱が改質反応部２２の下流側の領域２２ｚにも伝えられることになるので、改質器２００の全体の放熱性を向上させることが可能となり、改質触媒の昇温を効果的に抑制することができる。

なお、上述の改質器２００では、改質反応部２２の上流側の領域２２ｘと下流側の領域２２ｚとの双方が触媒低担持領域とされているが、これに限られるものではない。すなわち、図２７に示される改質器２００Ａのように、改質反応部２２の上流側の領域２２ｘのみが触媒低担持領域とされてもよく、図２８に示される改質器２００Ｂのように、改質反応部２２の下流側の領域２２ｚのみが触媒低担持領域とされてもよい。これらの構成を採用しても、改質器２００Ａまたは２００Ｂの上流側で生じやすい改質触媒の過剰な昇温を抑制すると共に、改質器２００Ａまたは２００Ｂの全体の放熱性を向上させて、改質触媒の昇温を効果的に抑制することが可能となる。

また、本実施形態の改質器２００，２００Ａおよび２００Ｂにおいて、改質反応部２２の領域２２ｘおよび２２ｚに、全く触媒が担持されていないハニカム部材を配置することにより、触媒低担持領域の触媒担持量をゼロにしてもよい。このような構成を採用しても、改質器の上流側で生じやすい改質触媒の過剰な昇温を抑制すると共に、改質器全体の放熱性を向上させて、改質触媒の昇温を効果的に抑制することが可能となる。更に、上述の改質器２００，２００Ａおよび２００Ｂに対して第３実施形態に関連して説明された空気供給部を設ければ、改質器２００，２００Ａおよび２００Ｂを上述の内燃機関１Ｃに適用することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 改質器における混合気の空燃比と、改質器の燃料転化率との関係を示すグラフである。 改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃと、改質器から得られる改質ガス中のＨ_２濃度との関係を示すグラフである。 改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃと、改質器の触媒床温との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 改質空気供給量を設定するために用いられるマップを例示する模式図である。 スロットル開度を設定するために用いられるマップを例示する模式図である。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 改質器における混合気の空燃比を推定するために用いられるマップを例示する模式図である。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのタイムチャートである。 図１０の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図２０のフローチャートに従って図１０の内燃機関が動作する際の触媒床温の推移を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 図２２の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 図２４の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係る改質器を示す概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る改質器の変形例を示す概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る改質器の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 内燃機関
３ 燃焼室
１０ サージタンク
１２ 電子スロットル
１３ 圧力センサ
１４，１４Ｂ，１４Ｃ、１４ｘ 流量調整弁
１５，１５ｘ 燃料噴射装置
１６，１７ エアフローメータ
１８ 温度センサ
１９ 排気Ａ／Ｆセンサ
２０，２０Ｃ，２００，２００Ａ，２００Ｂ 改質器
２１ 空燃混合部
２２，２２ａ，２２ｂ 改質反応部
２２ｘ，２２ｚ 触媒低担持領域
２３ プレヒータ
２４ 空気供給部
５１ アクセル
５２ 回転数センサ
Ｌ１ 給気管
Ｌ２ バイパス管
Ｌ３ 接続管
Ｌ４ 排気還流管
Ｌ５ 分岐管

Claims (17)

1. 燃焼室内で所定の燃料成分を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、
   改質触媒を有し、燃料と空気との混合気を改質して前記燃料成分を含む改質ガスを生成する改質器と、
   前記改質器により生成される改質ガスに空気を混合させるための給気路と、
   前記給気路に設けられており、前記給気路を介して改質ガスに混合させられる空気の量を調整するための調整手段と、
   前記改質器の改質効率が所定範囲内に維持されるように前記改質器における混合気の空燃比を設定すると共に、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように前記改質器に供給される混合気の量を設定する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記燃焼室に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように前記改質ガスに混合させられる空気の量を設定し、この設定された空気の量と実際に改質ガスに混合させられる空気の量とが一致するように前記調整手段を制御し、
   前記制御手段は、前記改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、前記触媒温度の変動量が所定値に近づき且つ当該所定値を上回らないように前記燃料量を補正することを特徴とする内燃機関。
2. 前記改質器は、炭化水素系燃料と空気との混合気を改質してＣＯおよびＨ_２を含む改質ガスを生成し、
   前記制御手段は、前記改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃをおよそ０．４〜１．１の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記改質器は、炭化水素系燃料と空気との混合気を改質してＣＯおよびＨ_２を含む改質ガスを生成し、
   前記制御手段は、前記改質器に供給される燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比Ｏ／Ｃをおよそ０．８〜１．０５の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記制御手段は、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように前記改質器に供給される空気の量を設定すると共に、当該空気の量と前記空燃比とに基づいて前記改質器に供給される燃料の量を設定す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。
5. 前記制御手段は、前記改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、前記触媒温度の変動量が所定値を上回るまで前記燃料の量を減少させ、前記触媒温度の変動量が所定値を上回った場合に前記燃料の量を増加させ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。
6. 前記制御手段は、目標トルクに応じて、前記改質器に供給される空気および燃料の量と、前記改質ガスに混合させられる空気の量とを概ね同時に設定することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関。
7. 前記改質触媒の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記改質器における混合気の空燃比を推定可能であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関。
8. 前記制御手段は、前記改質器に供給されている燃料の量に応じて前記改質器における空燃比の推定値を補正可能であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記制御手段は、前記改質器に対する燃料と空気との混合気の供給が開始される際に、前記改質器における混合気の空燃比を前記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも大きな値に設定することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の内燃機関。
10. 前記燃焼室からの排気を前記改質器に還流させる排気還流手段を更に備えることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の内燃機関。
11. 前記改質触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記排気還流手段を制御する手段とを更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
12. 前記改質器に対する混合気の供給が停止される際に、前記排気還流手段によって前記改質器に還流される排気の量が増加させられることを特徴とする請求項１０または１１に記載の内燃機関。
13. 前記改質器に対する混合気の供給が停止される際に、前記改質器に対する燃料の供給停止に先立って空気の供給量が減少させられることを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載の内燃機関。
14. 前記改質器は、混合気の流れ方向に沿って配設された複数の改質反応部を有し、前記複数の改質反応部間に定められた酸素供給部に酸素を供給する酸素供給手段を更に備え、前記酸素供給部よりも前記流れ方向上流側に配置された改質反応部では、混合気の空燃比が前記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも小さな値に設定されることを特徴とする請求項１から１３の何れかに記載の内燃機関。
15. 前記酸素供給手段によって前記改質器の前記酸素供給部に酸素が供給されており、かつ、所定の運転条件が成立した際に、前記酸素供給部よりも前記流れ方向上流側に配置された改質反応部では、混合気の空燃比が前記所定範囲内の改質効率に対応した空燃比よりも大きな値に設定されることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。
16. 前記改質器は、前記改質触媒が配置された改質反応部を有し、前記改質反応部は、混合気の流れ方向上流端および下流端の少なくとも何れか一方に、他の部位と比較して少ない量の改質触媒を備えた触媒低担持領域を含んでいることを特徴とする請求項１から１５の何れかに記載の内燃機関。
17. 改質触媒を有し、燃料と空気との混合気を改質して所定の燃料成分を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器により生成される改質ガスに空気を混合させるための給気路と、前記給気路に設けられており、前記給気路を介して改質ガスに混合させられる空気の量を調整するための調整手段とを備え、前記改質器により生成された改質ガスを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の運転方法において、
    前記改質器の改質効率が所定範囲内に維持されるように前記改質器における混合気の空燃比を設定すると共に、内燃機関の実際の出力トルクと目標トルクとが一致するように前記改質器に供給される混合気の量を設定し、前記燃焼室に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように前記改質ガスに混合させられる空気の量を設定し、この設定された空気の量と実際に改質ガスに混合させられる空気の量とが一致するように前記調整手段を制御し、前記改質器に供給される燃料の量を触媒温度の変動量に基づいて補正し、且つ、前記触媒温度の変動量が所定値に近づき且つ当該所定値を上回らないように前記燃料量を補正することを特徴とする内燃機関の運転方法。

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