JP4591184B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関の制御装置に関し、特に、空気と燃料との混合気を改質触媒に供給することで改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした燃料改質システムを制御するものに関するものである。
従来、内燃機関の燃焼室に導入される空気に燃料を噴射し、空気と燃料との混合ガスを改質触媒を通すことで、この混合ガスに改質反応を行わせ、混合ガスから水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気系統に供給して燃焼させるようにした内燃機関の燃料改質システムが提案されている。
このような内燃機関の燃料改質システムとしては、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された内燃機関の燃料改質システムでは、吸気管にスロットルバルブが設けられてその下流側がサージタンクに連結され、この吸気管から分岐してバイパス管が設けられ、このバイパス管に流量調整弁及び改質器が設けられており、この改質器は改質反応部を有してその上流側に燃料噴射弁が設けられ、下流側がサージタンクに連結された構造となっている。従って、空気が吸気管及びバイパス管を通して改質器に供給されると、この空気に対して燃料が噴射されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質器により改質ガスとなり、この改質ガスと吸気管を通して導入された空気とがサージタンクで混合することで、所定の空燃比を有する混合気となり、この混合気が燃焼室に導入されて燃焼する。
特開2004−315320号公報
上述した従来の内燃機関の燃料改質システムにあっては、空気を吸気管及びバイパス管を通して改質器に供給し、この空気に対して所定量の燃料を供給して混合ガスを形成し、この混合ガスを改質器の改質反応部(改質触媒)に導入して改質ガスを生成している。この改質器の改質反応部では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応することで、部分酸化反応が進行して水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成されるものであるが、所定の反応を継続的に行わせるためには、改質器の改質触媒の温度を所定の温度に維持する必要がある。
ところが、この内燃機関の燃料改質システムにて、電気系統または機械的な故障により空気量に対する燃料量が所定量から増減すると、改質反応部に導入される混合ガスの空燃比がばらついてしまい、改質触媒が適正な改質反応を実行することができなくなってしまう。例えば、改質器の改質反応部にて、空気量に対して燃料量が増量されると、導入される混合ガスの空燃比が低くなり、改質触媒で全ての燃料を改質することができずに残留し、液体燃料として改質反応部に付着してしまい、改質反応を適正に維持することができない。また、改質反応部に液体燃料が付着すると、改質触媒の表面にカーボンが堆積し、改質反応を阻害してしまう。その結果、改質ガス中に未改質燃料が大量に含有してしまい、内燃機関の燃焼が悪化して燃費や排ガス特性の悪化を招いてしまう。
一方、改質器の改質反応部にて、空気量に対して燃料量が減量されると、導入される混合ガスの空燃比が高くなり、改質ガス中の水素及び一酸化炭素の含有量が低下してしまい、内燃機関の燃焼効率や燃費を十分に向上することができず、また、改質反応が適正に行われないときには、改質ガス中に未改質燃料が大量に含有して内燃機関の燃焼悪化を招いてしまう。
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性の向上を図った内燃機関の制御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、本発明の内燃機関の制御装置は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを改質することで改質ガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段で生成された改質ガスを前記吸気通路に供給する改質ガス供給通路と、前記燃料改質手段における改質触媒温度または改質触媒温度に起因するパラメータを検出する温度検出手段と、前記燃料改質手段のプレヒートを行って該燃料改質手段に混合ガスを供給した後に前記温度検出手段が検出した前記燃料改質手段の改質触媒温度変化に基づいて該燃料改質手段の起動の成否を判定する起動判定手段とを具えたことを特徴とするものである。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記起動判定手段は、前記燃料改質手段に燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを供給した後、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度が低下したときには前記燃料改質手段の起動が失敗したと判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合に応じて前記燃料改質手段の異常原因を特定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段における上流部の改質触媒温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合が所定値を超えたときに、前記燃料改質手段の起動状況を空気不足または燃料過剰と判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段における下流部の改質触媒温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合が所定値を超えたときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記起動判定手段は、前記燃料改質手段に燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを供給した後、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の上昇度合に応じて前記燃料改質手段における空燃比変動を判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の上昇度合が改質触媒温度の正常上昇度合より高くなったときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定する一方、前記正常上昇度合より低くなったときに、前記燃料改質手段の起動状況を空気不足または燃料過剰と判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段より下流側の前記改質ガス供給通路に設けられて流動するガスの温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出したガス温度が上昇してから低下したときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料改質手段に内蔵された改質触媒を加熱する電気ヒータが設けられ、前記温度検出手段は、前記電気ヒータへの通電状態を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した前記電気ヒータへの通電状態に基づいて前記燃料改質手段の起動の成否を判定することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを改質することで改質ガスを生成する燃料改質手段を設けると共に、この燃料改質手段で生成された改質ガスを吸気通路に供給する改質ガス供給通路を設け、起動判定手段は、燃料改質手段のプレヒートを行ってこの燃料改質手段に混合ガスを供給した後に温度検出手段が検出した燃料改質手段における改質触媒温度変化または改質触媒温度変化に起因するパラメータに基づいて、この燃料改質手段の起動の成否を判定するので、改質触媒温度またはこれに起因するパラメータにより燃料改質手段における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適正に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
以下に、本発明に係る内燃機関の制御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。
図1は、本発明の実施例1に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図2は、実施例1の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図3は、実施例1の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。
実施例1の内燃機関の制御装置において、図1に示すように、この内燃機関としてのエンジン11は、ポート噴射式の4気筒型であって、シリンダブロック12上にシリンダヘッド13が締結されており、複数のシリンダボア14にピストン15がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック12の下部にクランクケース16が締結され、このクランクケース16内にクランクシャフト17が回転自在に支持されており、各ピストン15はコネクティングロッド18を介してこのクランクシャフト17にそれぞれ連結されている。
このエンジン11にて、シリンダブロック12とシリンダヘッド13とピストン15により燃焼室19が構成されており、この燃焼室19は、上部に吸気ポート20及び排気ポート21が対向して形成されており、この吸気ポート20及び排気ポート21は吸気弁22及び排気弁23によって開閉可能となっている。従って、図示しないカムシャフトが回転することで、吸気弁22及び排気弁23が所定のタイミングで上下移動し、吸気ポート20及び排気ポート21を開閉し、吸気ポート20と燃焼室19、燃焼室19と排気ポート21とをそれぞれ連通することができる。
そして、第1吸気管(吸気通路)24は、上流端部にエアクリーナ25が取付けられており、その下流端部にサージタンク26が連結され、このサージタンク26は第2吸気管(吸気通路)27を通して吸気ポート20に連結されている。そして、このエアクリーナ25の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置28が設けられている。また、シリンダヘッド13には、吸気ポート20に燃料を噴射する第1インジェクタ29が装着され、この第1インジェクタ29は、図示しない燃料供給管を介して燃料ポンプ及び燃料タンクに連結されており、各吸気管24,27を通して吸気ポート20に導入される吸気に対して燃料を噴射(第1燃料噴射量)可能となっている。また、シリンダヘッド13の下面には、燃焼室19内の混合気に着火する点火プラグ30が装着されている。
一方、排気ポート21には、排気管31が連結されており、この排気管31には、三元触媒32が装着されている。この三元触媒32は、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。
そして、本実施例のエンジン11には、空気に燃料を供給した後に改質触媒で改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした燃料改質器を有する燃料改質システムが搭載されている。
即ち、燃料改質器(燃料改質手段)33は、円筒形状をなすハウジング34内に改質触媒が装着されて改質反応部35が形成されており、この改質反応部35に隣接してその上流側に空燃混合部36が設けられる一方、改質反応部35に隣接してその下流側に改質ガス排出部37が設けられている。第1吸気管24における電子スロットル装置28の上流側からバイパス管38が分岐して設けられており、このバイパス管38の下流端部が燃料改質器33の空燃混合部36に連結され、バイパス管38に流量調整弁39が装着されている。そして、この空燃混合部36に第2インジェクタ40が設けられ、この第2インジェクタ40は、図示しない燃料供給管を介して燃料ポンプ及び燃料タンクに連結されており、バイパス管38を通して空燃混合部36に導入される吸気に対して燃料を噴射(第2燃料噴射量)可能となっている。なお、改質反応部35に設けられた改質触媒は、酸素を含むガスと燃料との混合ガスから改質ガスを生成するための金属として、例えば、ジルコニアにロジウムが担持されている。
また、この燃料改質器33は、改質触媒により空気と炭化水素系の燃料とが反応し、部分酸化反応が進行することで、その後に燃焼室19に供給されて燃料となる成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成されるものであるが、この反応を適正に行わせるためには、改質反応部35(改質触媒)の温度(触媒温度)を所定の温度域に維持する必要がある。そのため、この燃料改質器33には、改質反応部35の中心にヒータ用中心電極(触媒加熱手段)41が設けられている。そして、電源部42及び制御部43に連結された+電極44がこの中心電極41に連結され、−電極45がハウジング34に連結されている。
一方、燃料改質器33にて、改質ガス排出部37には、改質ガス供給通路としての連結管46の上流端部が連結され、下流端部はサージタンク26に連結されている。
従って、燃料改質器33を起動させる場合、流量調整弁39を開放すると、外部空気がエアクリーナ25を通して第1吸気管24及びバイパス管38に吸入され、流量調整弁39の開度によりその吸入空気量が調整されてから燃料改質器33に供給され、この吸気に対して、第2インジェクタ40が燃料噴射を行う。すると、燃料と空気とが空燃混合部36で混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質反応部35に導入され、ここで中心電極41により加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、下記数式1に示すように、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。
mn+(m/2)O2 → mCO+(n/2)H2 ・・・(1)
そして、燃料改質器33で生成された改質ガスは、改質ガス排出部37から連結管46を通してサージタンク26に供給され、このサージタンク26で第1吸気管24からの吸気とこの改質ガスとが混合して混合気が形成され、形成された混合気が燃焼室19に導入される。すると、この燃焼室19にて、点火プラグ30が混合気に着火することで燃焼し、排気弁23の開放時に排気ガスが排気ポート21から排気管31に排出される。この場合、改質ガスが水素と一酸化炭素を含んでいるため、燃焼室19での燃焼効率がよく、排気浄化効率を向上することができる。
一方、燃料改質器33を停止させる場合、流量調整弁39を閉止すると共に、第2インジェクタ40による燃料噴射を停止し、外部空気がエアクリーナ25を通して第1吸気管24に吸入され、電子スロットル装置28によりその吸入空気量が調整された後、サージタンク26及び第2吸気管27を通して吸気ポート20に吸入され、この吸気ポート20を通過する吸気に対して、第1インジェクタ29が燃料噴射を行う。すると、吸気ポート20で吸気と燃料とが混合した混合気が形成され、この混合気が燃焼室19に導入され、この燃焼室19にて、点火プラグ30が混合気に着火することで燃焼し、排気弁23の開放時に排気ガスが排気ポート21から排気管31に排出される。
ところで、車両には電子制御ユニット(ECU)47が搭載されており、このECU47は、第1インジェクタ29や点火プラグ30などを駆動制御することで、第1燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、第1吸気管24の上流側にはエアフローセンサ48が装着されており、計測した吸入空気量をECU47に出力している。また、電子スロットル装置28はスロットルポジションセンサを有しており、現在のスロットル開度をECU47に出力している。更に、クランク角センサ49は、検出した各気筒のクランク角度をECU47に出力し、このECU47は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張(爆発)、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ50が設けられており、現在のアクセル開度をECU47に出力している。
従って、燃料改質器33が停止している場合、ECU47は、検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、第1燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを設定している。
また、ECU47は、流量調整弁39や第2インジェクタ40などを駆動制御することで、燃料改質システムを制御可能となっている。即ち、バイパス管38の上流側にはエアフローセンサ51が装着されており、計測した吸入空気量をECU47に出力している。また、燃料改質器33における改質反応部35には、改質触媒の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)52が設けられており、現在の改質触媒温度をECU47に出力している。
従って、燃料改質器33が起動している場合、ECU47は、アクセル開度に基づいてエンジン11の目標トルクを設定し、この目標トルクに応じて燃料改質器33に供給する改質空気量を設定し、予め設定された燃料改質器33における混合ガスの空燃比(例えば、A/F=5.0)に基づいて、この改質空気量に対する第2燃料噴射量を設定し、燃焼室19に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように、改質ガスに対する吸入空気量を設定している。また、ECU47は、燃料改質器33の起動時、温度センサ52が検出した触媒温度に基づいて制御部43を駆動制御することで、中心電極41に通電して燃料改質器33を加熱し、改質反応部35の改質触媒が所定の温度(例えば、600℃)以上となるように温度制御する。
そして、本実施例の内燃機関の制御装置では、ECU47は、エンジン11の運転状態に応じて第1インジェクタ29と第2インジェクタ40とを切換制御可能である。即ち、始動時や低負荷時には、第1インジェクタ29を停止し、第2インジェクタ40を用いることで燃料改質器33を起動させ、この燃料改質器33で生成した改質ガスを燃焼室19に供給して燃焼させることで、エンジン11を駆動している。一方、始動時や低負荷時以外のエンジン運転状態では、第2インジェクタ40を停止し、第1インジェクタ29を用いることで燃料を吸気ポート27に噴射し、燃料と空気の混合気を燃焼室19に供給して燃焼させることで、エンジン11を駆動している。
ところで、このような燃料改質システムを有する内燃機関の制御装置にて、電気系統または機械的な故障が発生して燃料改質器33が正常に起動することができなくなるおそれがある。即ち、燃料噴射系の異常により燃料改質器33に供給される改質空気量に対して第2燃料噴射量が増減したり、吸入空気系の異常により第2燃料噴射量に対して改質空気量が増減すると、改質反応部35に導入される混合ガスの空燃比がばらつき、改質触媒が適正な改質反応を実行することができず、改質ガス中に未改質燃料が大量に含まれて燃焼が悪化したりしてしまう。
そこで、本実施例にて、起動判定手段としてのECU47は、温度センサ52が検出した燃料改質器33における改質反応部35の触媒温度を取り込み、燃料改質器33が起動するとき、この触媒温度変化に基づいて起動の成否を判定するようにしている。そして、燃料改質器33が正常に起動していないと判定したときには、第1インジェクタ29による第1燃料噴射を開始する一方、流量調整弁39を閉止して第2インジェクタ40による第2燃料噴射を停止し、燃料改質器33を停止するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図2のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図2に示すように、ステップS11にて、ECU47は、温度センサ52により燃料改質器33の触媒温度Tを読み込み、ステップS12にて、制御部43を駆動制御することで、中心電極41に通電して燃料改質器33を加熱し、改質触媒のプレヒートを行う。そして、ステップS13では、触媒温度Tが予め設定された所定の第1触媒温度T1(例えば、600℃)より高くなったかどうかを判定する。このステップS13にて、触媒温度Tが第1触媒温度T1より高くなったら、ステップS14にて、ECU47は、制御部43を駆動制御することで、中心電極41への通電を停止して燃料改質器33の改質触媒のプレヒートを停止する。
燃料改質器33の改質触媒が所定の温度になると、ステップS15にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。
このとき、燃料改質器33の空燃混合部36では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質反応部35に導入され、ここで、加熱された改質触媒で酸化反応することで混合ガスが改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により昇温されることで触媒温度が上昇する。
ステップS16では、ECU47が温度センサ52により触媒温度Tを読み込み、ステップS17にて、触媒温度Tが予め設定された所定の第2触媒温度T2(例えば、700℃)より高くなったかどうかを判定する。そして、ここで、触媒温度Tが第2触媒温度T2より高くなっていれば、ステップS18にて、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。従って、燃料改質器33で生成された改質ガスが継続して連結管46を通してサージタンク26に供給され、吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室19に導入され、燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
一方、ステップS17にて、触媒温度Tが第2触媒温度T2以下であれば、ECU47は、電気系統または機械的な故障などにより燃料改質器33が正常に起動していないと判定し、ステップS19で異常と判定し、ステップS20で異常判定処理を実行する。即ち、流量調整弁39を閉止して燃料改質器33への空気の供給を停止すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を停止する一方、第1吸気管24から導入されて吸気ポート20を通して燃焼室19に導入される吸気に対して、第1インジェクタ29により第1燃料噴射を行う。そして、吸気と燃料とが混合した混合気を燃焼室19に導入し、この燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。そして、警報アラームとして、ランプを点灯したり、警告音を発したりする。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図3のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図3に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、プレヒートを行って燃料改質器33を加熱し、触媒温度Tが上昇する。経過時間t2にて、触媒温度Tが第1触媒温度T1になると、燃料改質器33のプレヒートを停止し、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図3に実線で示すように、触媒温度Tが上昇して温度Ts(例えば、900〜950℃)に維持される。一方、燃料改質器33での空気と燃料とのバランスが悪く、燃料改質器33が正常に起動していないと、燃料改質器33が昇温されず、図3に二点鎖線で示すように、触媒温度Tが低下する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、触媒温度Tの変化に基づいて燃料改質器33の起動の成否を判定することができる。
このように実施例1の内燃機関の制御装置にあっては、第1吸気管24から分岐してバイパス管38を設け、このバイパス管38に燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを改質することで改質ガスを生成する燃料改質器33を設け、この燃料改質器33で生成された改質ガスを連結管46からサージタンク26に供給可能とし、燃料改質器33における触媒温度を検出する温度センサ52を設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、温度センサ52が検出した触媒温度Tが低下したときに燃料改質器33の起動が失敗したと判定するようにしている。
従って、燃料改質器33の触媒温度によりこの燃料改質器33における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
図4は、本発明の実施例2に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図5は、実施例2の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図6は、実施例2の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例2の内燃機関の制御装置では、図4に示すように、燃料改質器33における改質触媒温度に起因するパラメータを検出する温度検出手段として、中心電極41の制御部43に電流センサ61を設けている。即ち、ECU47は、燃料改質器33の起動時、温度センサ52が検出した触媒温度に基づいて制御部43を駆動制御して中心電極41へ通電することで、燃料改質器33を加熱して所定の温度T1(例えば、600℃)以上となるように制御している。そして、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、何らかの原因で触媒温度が低下すると、制御部43は中心電極41へ通電して燃料改質器33を加熱するために電流値Iが上昇する。そのため、ECU47は、電流センサ61が検出した中心電極41へ電流値Iの変化に基づいて起動の成否を判定するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図5のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図5に示すように、ECU47は、ステップ31にて、温度センサ52が検出した触媒温度に基づいて制御部43を駆動制御して中心電極41への通電量を制御するフィードバック制御を開始する。そして、ステップS32で、温度センサ52により燃料改質器33の触媒温度Tを読み込み、ステップS33にて、触媒温度Tが予め設定された所定の第1触媒温度T2より高くなったら、ステップS34にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。すると、燃料改質器33では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇する。
ステップS35では、ECU47が電流センサ61によりヒータ電流値Iを読み込み、ステップS36にて、ヒータ電流値Iが予め設定された所定の電流値I1より高いかどうかを判定する。そして、ここで、ヒータ電流値Iが所定の電流値I1より高ければ、ステップS37にて、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。即ち、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されていれば、フィードバック制御により触媒温度が所定温度に維持されるため、電流センサ61が検出した電流値Iは所定の電流値I1より低くなる。従って、燃料改質器33で生成された改質ガスが継続して連結管46を通してサージタンク26に供給され、吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室19に導入され、燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
一方、ステップS36にて、電流値Iが所定の電流値I1以下であれば、ECU47は、燃料改質器33に混合ガスを供給した後、何らかの原因で触媒温度が下降し、中心電極41に必要以上な電流値をもって通電して燃料改質器33を加熱しているものとし、燃料改質器33が正常に起動していないと判定し、ステップS38で異常と判定し、ステップS39で異常判定処理を実行する。即ち、流量調整弁39を閉止して燃料改質器33への空気の供給を停止すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を停止する一方、第1吸気管24から導入されて吸気ポート20を通して燃焼室19に導入される吸気に対して、第1インジェクタ29により第1燃料噴射を行う。そして、吸気と燃料とが混合した混合気を燃焼室19に導入し、この燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。そして、警報アラームとして、ランプを点灯したり、警告音を発したりする。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図6のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図6に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、中心電極41に通電してプレヒートを行うことで燃料改質器33を加熱し、触媒温度Tが上昇する。経過時間t2にて、触媒温度Tが第1触媒温度T1になると、中心電極41への電流値を下げてフィードバック制御を開始する。そして、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図6に実線で示すように、触媒温度Tが上昇して温度Ts(例えば、900〜950℃)に維持されるため、中心電極41へのヒータ電流値Iは上昇しない。一方、燃料改質器33での空気と燃料とのバランスが悪く、燃料改質器33が正常に起動していないと、燃料改質器33が昇温されず、図6に二点鎖線で示すように、触媒温度Tが低下し、中心電極41へのヒータ電流値IがI1を超えて上昇する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、ヒータ電流値Iの変化に基づいて燃料改質器33の起動の成否を判定することができる。
このように実施例2の内燃機関の制御装置にあっては、燃料改質器33における改質触媒温度に起因するパラメータを検出する温度検出手段として、中心電極41の制御部43に電流センサ61を設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給してからフィードバック制御が開始された後、電流センサ61が検出した電流値Iが必要以上に上昇したときには、燃料改質器33の起動が失敗したと判定するようにしている。
従って、燃料改質器33をプレヒートして所定温度T1まで昇温して混合ガスを供給した後、何らかの原因で触媒温度が低下したために中心電極41に必要以上に通電して燃料改質器33を加熱したことを、電流センサ61の電流値Iの異常上昇により把握し、この電流値Iの異常上昇によりこの燃料改質器33の異常、つまり、空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
図7は、本発明の実施例3に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図8は、実施例3の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図9は、実施例3の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例3の内燃機関の制御装置では、図7に示すように、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度検出手段として、燃料改質器33における改質反応部35の前端部(ガス流れ方向における上流端部)に、改質触媒の温度を検出する温度センサ71が設けられており、検出した現在の触媒前端部温度TfをECU47に出力している。そして、ECU47は、この温度センサ71が検出した燃料改質器33における触媒前端部温度Tfを取り込み、燃料改質器33が起動するとき、この触媒前端部温度Tfの変化に基づいて起動の成否を判定するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図8のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図8に示すように、ECU47は、ステップS51で温度センサ71により燃料改質器33の触媒前端部温度Tfを読み込み、ステップS52で制御部43を駆動制御して中心電極41に通電し、燃料改質器33を加熱してプレヒートを行う。そして、ステップS53で触媒前端部温度Tfが予め設定された第1触媒前端部温度Tf1より高くなったら、ステップS54で制御部43を駆動制御して中心電極41への通電を停止し、燃料改質器33のプレヒートを停止する。
燃料改質器33が第1触媒前端部温度Tf1より高くなると、ステップS55にて、タイマtをスタートした後、ステップS56にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。すると、燃料改質器33では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇する。
ステップS57では、ECU47が温度センサ71により触媒前端部温度Tfを読み込み、ステップS58にて、ここで読み込んだ触媒前端部温度Tfを前回の触媒前端部温度Tf0として格納する。続いて、ステップS59では、燃料改質器33の触媒前端部温度Tfが混合気の供給を開始してから所定時間tsが経過したかどうかを判定し、所定時間tsが経過したら、ステップS60にて、ECU47が温度センサ71により触媒前端部温度Tfを読み込む。ステップS61では、現在の触媒前端部温度Tfから前回の触媒前端部温度Tf0を減算することで、触媒温度変化ΔTfを算出する。そして、ステップS62にて、この触媒温度変化ΔTfが0より小さいかどうかを判定し、燃料改質器33における触媒温度変化ΔTfが0より大きければ、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇しており、ステップS63にて、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。従って、燃料改質器33で生成された改質ガスが継続して連結管46を通してサージタンク26に供給され、吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室19に導入され、燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
一方、ステップS62にて、燃料改質器33の触媒温度変化ΔTfが0より小さければ、改質触媒で正常に反応せずに触媒前端部温度Tfが低下しており、ECU47は、電気系統または機械的な故障などにより燃料改質器33が正常に起動していないと判定し、ステップS64以降の処理で、その触媒前端部温度Tfの低下度合に応じて燃料改質器33の異常原因を特定するようにしている。
ステップS64では、燃料改質器33の触媒温度変化ΔTfの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTf1より大きいかどうかを判定する。ここで、触媒温度変化ΔTfの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTf1より大きければ、ステップS65にて、燃料改質器33の異常原因を空気不足または燃料過剰と判定し、ステップS66で異常判定処理を実行する。一方、ステップS64で、触媒温度変化ΔTfの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTf1より大きくなければ、ステップS67にて、燃料改質器33の異常原因を燃料不足または空気過剰と判定し、ステップS68で異常判定処理を実行する。
即ち、温度センサ71が燃料改質器33における改質反応部35の前端部に設けられており、異常原因が空気不足(燃料過剰)である場合、噴射燃料が改質反応部35に液状のまま付着してその気化熱により冷却されるため、触媒前端部温度Tfが大きく低下(低下度合が大)する。一方、燃料改質器33の異常原因が燃料不足(空気過剰)である場合、噴射燃料が少ないために気化熱による温度低下が少なく、改質反応部35は空気により冷却されるため、触媒前端部温度Tfの低下量(低下度合)は小さい。
なお、ステップS62で燃料改質器33が異常と判定された場合には、流量調整弁39を閉止して燃料改質器33への空気の供給を停止すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を停止する一方、第1吸気管24から導入されて吸気ポート20を通して燃焼室19に導入される吸気に対して、第1インジェクタ29により第1燃料噴射を行う。そして、吸気と燃料とが混合した混合気を燃焼室19に導入し、この燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
また、燃料改質器33が異常と判定された場合には、警報アラームとして、ランプを点灯したり、警告音を発したりする。そして、異常原因が空気不足(燃料過剰)である場合には、バイパス管38の閉塞、流量調整弁39の故障などが考えられ、異常原因が燃料不足(空気過剰)である場合には、第2インジェクタ40の故障などが考えられる。その他、エアフローセンサ48,51の故障などが考えられる。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図9のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図9に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、プレヒートを行って燃料改質器33を加熱し、触媒前端部温度Tfが上昇する。経過時間t2にて、触媒前端部温度Tfが第1触媒前端部温度Tf1になると、燃料改質器33のプレヒートを停止し、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図9に実線で示すように、触媒前端部温度Tfが上昇して温度Tfs(例えば、900〜950℃)に維持される。一方、燃料改質器33での空気と燃料とのバランスが悪く、燃料改質器33が正常に起動していないと、燃料改質器33が昇温されず、図9に二点鎖線で示すように、触媒前端部温度Tfが低下する。
この場合、所定時間tsが経過したとき、触媒温度変化ΔTfの絶対値が触媒所定温度差ΔTf1より大きければ、空気不足(燃料過剰)と判定し、触媒温度変化ΔTfの絶対値が触媒所定温度差ΔTf1より小さければ、燃料不足(空気過剰)と判定する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、触媒温度変化ΔTfの絶対値の低下度合に基づいて燃料改質器33の起動の成否を判定することができると共に、その異常原因を特定することができる。
このように実施例3の内燃機関の制御装置にあっては、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度センサ71を燃料改質器33における改質反応部35の前端部に設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、温度センサ71が検出した触媒前端部温度Tfから触媒温度変化ΔTfの絶対値を算出し、この触媒温度変化ΔTfの絶対値の低下度合に応じて燃料改質器33の起動の失敗を判定すると共に、その原因を特定するようにしている。
従って、燃料改質器33の触媒温度変化によりこの燃料改質器33における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
図10は、本発明の実施例4に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図11は、実施例4の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図12は、実施例4の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例4の内燃機関の制御装置では、図10に示すように、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度検出手段として、燃料改質器33における改質反応部35の後端部(ガス流れ方向における下流端部)に、改質触媒の温度を検出する温度センサ81が設けられており、検出した現在の触媒後端部温度TrをECU47に出力している。そして、ECU47は、この温度センサ81が検出した燃料改質器33における触媒後端部温度Trを取り込み、燃料改質器33が起動するとき、この触媒後端部温度Trの変化に基づいて起動の成否を判定するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図11のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図11に示すように、ECU47は、ステップS71で温度センサ81により燃料改質器33の触媒後端部温度Trを読み込み、ステップS72で制御部43を駆動制御して中心電極41に通電し、燃料改質器33を加熱してプレヒートを行う。そして、ステップS73で触媒後端部温度Trが予め設定された第1触媒後端部温度Tr1より高くなったら、ステップS74で制御部43を駆動制御して中心電極41への通電を停止し、燃料改質器33のプレヒートを停止する。
燃料改質器33が第1触媒後端部温度Tr1より高くなると、ステップS75にて、タイマtをスタートした後、ステップS76にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。すると、燃料改質器33では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇する。
ステップS77では、ECU47が温度センサ81により触媒後端部温度Trを読み込み、ステップS78にて、ここで読み込んだ触媒後端部温度Trを前回の触媒後端部温度Tr0として格納する。続いて、ステップS79では、燃料改質器33の触媒後端部温度Trが混合気の供給を開始してから所定時間tsが経過したかどうかを判定し、所定時間tsが経過したら、ステップS80にて、ECU47が温度センサ81により触媒後端部温度Trを読み込む。ステップS81では、現在の触媒後端部温度Trから前回の触媒後端部温度Tr0を減算することで、触媒温度変化ΔTrを算出する。そして、ステップS82にて、この触媒温度変化ΔTrが0より小さいかどうかを判定し、燃料改質器33における触媒温度変化ΔTrが0以上であれば、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇しており、ステップS83にて、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。従って、燃料改質器33で生成された改質ガスが継続して連結管46を通してサージタンク26に供給され、吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室19に導入され、燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
一方、ステップS82にて、燃料改質器33の触媒温度変化ΔTrが0より小さければ、改質触媒で正常に反応せずに触媒後端部温度Trが低下しており、ECU47は、電気系統または機械的な故障などにより燃料改質器33が正常に起動していないと判定し、ステップS84以降の処理で、その触媒温度Tの低下度合に応じて燃料改質器33の異常原因を特定するようにしている。
ステップS84では、燃料改質器33の触媒温度変化ΔTrの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTr1より大きいかどうかを判定する。ここで、触媒温度変化ΔTrの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTr1より大きければ、ステップS85にて、燃料改質器33の異常原因を燃料不足または空気過剰と判定し、ステップS86で異常判定処理を実行する。一方、ステップS84で、触媒温度変化ΔTrの絶対値が予め設定された触媒所定温度差ΔTr1より大きくなければ、ステップS87にて、燃料改質器33の異常原因を空気不足または燃料過剰と判定し、ステップS88で異常判定処理を実行する。
即ち、温度センサ81が燃料改質器33における改質反応部35の後端部に設けられており、異常原因が空気不足(燃料過剰)である場合、燃料改質器33の内部でガスの流れがほとんどないため、触媒後端部温度Trの低下量(低下度合)は小さい。一方、燃料改質器33の異常原因が燃料不足(空気過剰)である場合、燃料改質器33の内部でガスの流れが速いため、触媒後端部温度Trの低下量(低下度合)は大きい。
なお、ステップS82で燃料改質器33が異常と判定された場合には、流量調整弁39を閉止して燃料改質器33への空気の供給を停止すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を停止する一方、第1吸気管24から導入されて吸気ポート20を通して燃焼室19に導入される吸気に対して、第1インジェクタ29により第1燃料噴射を行う。そして、吸気と燃料とが混合した混合気を燃焼室19に導入し、この燃焼室19で混合気が燃焼することでエンジン11が駆動する。
また、燃料改質器33が異常と判定された場合には、警報アラームとして、ランプを点灯したり、警告音を発したりする。そして、異常原因が空気不足(燃料過剰)である場合には、バイパス管38の閉塞、流量調整弁39の故障などが考えられ、異常原因が燃料不足(空気過剰)である場合には、第2インジェクタ40の故障などが考えられる。その他、エアフローセンサ48,51の故障などが考えられる。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図12のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図12に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、プレヒートを行って燃料改質器33を加熱し、触媒後端部温度Trが上昇する。経過時間t2にて、触媒後端部温度Trが第1触媒後端部温度Tr1になると、燃料改質器33のプレヒートを停止し、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図12に実線で示すように、触媒後端部温度Trが上昇して温度Trs(例えば、900〜950℃)に維持される。一方、燃料改質器33での空気と燃料とのバランスが悪く、燃料改質器33が正常に起動していないと、燃料改質器33が昇温されず、図12に二点鎖線で示すように、触媒後端部温度Trが低下する。
この場合、所定時間tsが経過したとき、触媒温度変化ΔTrの絶対値が触媒所定温度差ΔTr1より大きければ、燃料不足(空気過剰)と判定し、触媒温度変化ΔTrの絶対値が触媒所定温度差ΔTr1より小さければ、空気不足(燃料過剰)と判定する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、触媒温度変化ΔTrの絶対値の低下度合に基づいて燃料改質器33の起動の成否を判定することができると共に、その異常原因を特定することができる。
このように実施例4の内燃機関の制御装置にあっては、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度センサ81を燃料改質器33における改質反応部35の後端部に設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、温度センサ81が検出した触媒後端部温度Trから触媒温度変化ΔTrの絶対値を算出し、この触媒温度変化ΔTrの絶対値の低下度合に応じて燃料改質器33の起動の失敗を判定すると共に、その原因を特定するようにしている。
従って、燃料改質器33の触媒温度変化によりこの燃料改質器33における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
図13は、本発明の実施例5に係る内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図14は、実施例5の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。なお、実施例5の内燃機関の制御装置の構成は、前述した実施例1と同様であるため、図1を用いて実施例1で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例5の内燃機関の制御装置では、図1に示すように、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度検出手段として、燃料改質器33における改質反応部35に改質触媒の温度を検出する温度センサ52が設けられており、検出した現在の触媒温度TをECU47に出力している。そして、ECU47は、この温度センサ52が検出した燃料改質器33における触媒温度Tを取り込み、燃料改質器33が起動するとき、この触媒温度Tの変化に基づいて空燃比変動を判定するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図13のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図3に示すように、ECU47は、ステップS101で温度センサ52により燃料改質器33の触媒温度Tを読み込み、ステップS102で制御部43を駆動制御して中心電極41に通電し、燃料改質器33を加熱してプレヒートを行う。そして、ステップS103で触媒温度Tが予め設定された第1触媒温度T1より高くなったら、ステップS104で制御部43を駆動制御して中心電極41への通電を停止し、燃料改質器33のプレヒートを停止する。
燃料改質器33が第1触媒温度T1より高くなると、ステップS105にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。すると、燃料改質器33では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇する。
ステップS106にて、タイマtをスタートした後、ステップS107では、燃料改質器33に混合気を供給してから所定時間ts1が経過したかどうかを判定する。ここで、所定時間ts1が経過していなければ、ステップS108にて、ECU47が温度センサ52により触媒温度Tを読み込み、ステップS109にて、現在触媒温度Tが予め設定された所定の第2触媒温度T2より高いかどうかを判定する。この第2触媒温度T2は、燃料改質器33における高温側への異常温度上昇を判別するためのものであり、ステップS109で、所定時間ts1の経過前に触媒温度Tがこの第2触媒温度T2より高いときには、触媒温度Tの上昇度合が正常上昇度合より高くなって高温異常燃焼しているものと考え、ステップS110にて、燃料改質器33を燃料不足または空気過剰の状態にあると判定し、ステップS111で異常判定処理を実行する。
一方、ステップS109で、所定時間ts1の経過前に触媒温度Tが第2触媒温度T2以下のときには、ステップS107に戻り、ステップS107,S108,S109の処理を繰り返す。そして、ステップS107で、燃料改質器33に混合気を供給してから所定時間ts1が経過したと判定されたら、ステップS112に移行し、ここで、燃料改質器33に混合気を供給してエンジン11を始動してから所定時間ts2が経過したかどうかを判定する。この場合、所定時間ts1<所定時間ts2である。
このステップS112にて、所定時間ts2が経過したら、ステップS113にて、ECU47が温度センサ52により触媒温度Tを読み込み、ステップS114にて、現在触媒温度Tが予め設定された所定の第3触媒温度T3より高いかどうかを判定する。この第3触媒温度T3は、燃料改質器33における低温側への異常温度上昇を判別するためのものであり、ステップS109で、所定時間ts1の経過時に触媒温度Tが第2触媒温度T2より低く、且つ、ステップS114で、所定時間ts2の経過時に触媒温度Tがこの第3触媒温度T3より高いときには、触媒温度Tの上昇度合が正常上昇度合であると考え、ステップS115にて、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。
一方、ステップS114で、所定時間ts2の経過時に触媒温度Tがこの第3触媒温度T3より低いときには、触媒温度Tの上昇度合が正常上昇度合より低くなって低温異常燃焼しているものと考え、ステップS116にて、燃料改質器33を空気不足または燃料過剰の状態にあると判定し、ステップS117で異常判定処理を実行する。
即ち、燃料改質器33に供給される混合ガスの空燃比は、例えば、A/F=5.0になるように、空気量と燃料量が設定されており、燃料改質器33が燃料不足(空気過剰)である場合、空燃比が大きくなってリーンとなり、触媒温度Tの上昇度合が大きい。一方、燃料改質器33が空気不足(燃料過剰)である場合、空燃比が小さくなってリッチとなり、触媒温度Tの上昇度合が小さい。
そして、燃料改質器33の空燃比が変動する異常が検出されると、空気量や燃料量をフィードバック補正し、空燃比を適正値に戻す。また、異常原因がバイパス管38の閉塞、流量調整弁39の故障、第2インジェクタ40の故障、エアフローセンサ48,51の故障の場合には、ドライバに対して警告を発する。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図14のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図14に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、プレヒートを行って燃料改質器33を加熱し、触媒温度Tが上昇する。経過時間t2にて、触媒温度Tが第1触媒温度T1になると、燃料改質器33のプレヒートを停止し、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図14に実線で示すように、触媒温度Tが上昇して温度Ts(例えば、900〜950℃)に維持される。一方、燃料改質器33での空燃比が所定値から外れている場合には、燃料改質器33が異常燃焼となって、図14に二点鎖線で示すように、触媒温度Tが変動する。
この場合、所定時間ts1が経過以前に、触媒温度Tが第2触媒温度T2より高ければ、燃料不足(空気過剰)と判定し、所定時間ts2が経過したとき、触媒温度Tが第3触媒温度T3より低ければ、空気不足(燃料過剰)と判定する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、触媒温度Tの上昇度合に基づいて燃料改質器33の空燃比変動を検出して起動の成否を判定することができ、また、その変動原因を特定することができる。
このように実施例5の内燃機関の制御装置にあっては、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度センサ52を燃料改質器33における改質反応部35に設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、温度センサ52が検出した触媒温度Tの上昇度合に応じて燃料改質器33へ供給される混合ガスの空燃比変動を判定すると共に、その原因を特定するようにしている。
従って、燃料改質器33の触媒温度変化によりこの燃料改質器33における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
図15は、本発明の実施例6に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図16は、実施例6の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャート、図17は、実施例6の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例6の内燃機関の制御装置では、図15に示すように、燃料改質器33における改質触媒温度を検出する温度検出手段として、燃料改質器33の下流側の温度、つまり、この燃料改質器33に連結される連結管46に流れる改質ガスの温度を検出する温度センサ91が設けられており、検出した現在の触媒下流温度TgをECU47に出力している。そして、ECU47は、この温度センサ91が検出した燃料改質器33における改質ガス温度Tgを取り込み、燃料改質器33が起動するとき、この改質ガス温度Tgの変化に基づいて起動の成否を判定するようにしている。
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図16のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する改質処理制御は、エンジン11の起動時の制御である。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図16に示すように、ECU47は、ステップS121で温度センサ91により燃料改質器33における触媒下流温度Tgを読み込み、ステップS122で制御部43を駆動制御して中心電極41に通電し、燃料改質器33を加熱してプレヒートを行う。そして、ステップS123で触媒下流温度Tgが予め設定された第1触媒下流温度Tg1より高くなったら、ステップS124で制御部43を駆動制御して中心電極41への通電を停止し、燃料改質器33のプレヒートを停止する。
燃料改質器33の触媒下流温度Tgが第1触媒下流温度Tg1以上になると、ステップS125にて、流量調整弁39を開放して燃料改質器33に空気を供給すると共に、第2インジェクタ40により第2燃料噴射を行うことで、燃料改質器33に混合気を供給する。すると、燃料改質器33では、バイパス管38から導入された空気と、第2インジェクタ40から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで改質され、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。そして、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により触媒温度が上昇する。
ステップS126にて、タイマtをスタートした後、ステップS127では、ECU47が温度センサ91により触媒下流温度Tgを読み込み、ステップS128にて、ここで読み込んだ触媒下流温度Tgが予め設定された所定の第2触媒下流温度Tg2より高いかどうかを判定する。この第2触媒温度T2は、燃料改質器33の触媒下流温度Tgが第1触媒下流温度Tg1に到達してから更に上昇したかどうかを判別するためのものである。つまり、燃料改質器33で暖められたガスが下流に移動すると、ステップS128で、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2より高いと判定される。
続いて、ステップS129にて、ECU47は温度センサ91により触媒下流温度Tgを読み込み、ステップS130にて、触媒下流温度Tgが予め設定された所定の第3触媒下流温度Tg3より高いかどうかを判定する。つまり、燃料改質器33での反応熱により継続して触媒温度が上昇すると、ステップS130で、触媒下流温度Tgが第3触媒下流温度Tg3より高いと判定される。そして、ステップS131にて、触媒下流温度Tgが継続して上昇していることから、燃料改質器33が正常に起動しているものと判定し、燃料改質器33による改質処理を継続する。
一方、ステップS128にて、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2より高いと判定されることで、燃料改質器33の触媒下流温度Tgが第1触媒下流温度Tg1に到達してから更に上昇したと判別されるものの、ステップS130で、触媒下流温度Tgが第3触媒下流温度Tg3以下であると判定された場合、ステップS132に移行し、この状態が所定時間tsだけ継続したことを条件として、ステップS133にて、燃料改質器33を燃料不足または空気過剰の状態にあると判定し、ステップS134で異常判定処理を実行する。なお、ステップS128で、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2より高いと判定され、ステップS130で、触媒下流温度Tgが第3触媒下流温度Tg3以下であると判定された後、ステップS132で、この状態が所定時間ts継続していないときは、ステップS129に戻って処理を繰り返す。
また、ステップS128にて、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2以下と判定された場合、ステップS135に移行し、この状態が所定時間tsだけ継続したことを条件として、ステップS136にて、燃料改質器33を空気不足または燃料過剰の状態にあると判定し、ステップS137で異常判定処理を実行する。
即ち、温度センサ91が燃料改質器33における改質反応部35の下流側に設けられており、燃料改質器33の異常原因が燃料不足(空気過剰)である場合、混合ガスが所定温度に加熱された燃料改質器33の内部を通過するため、ここで一時的に暖められるため、触媒下流温度Tgは、一旦上昇してから低下する。一方、異常原因が空気不足(燃料過剰)である場合、混合ガスが燃料改質器33の内部での流れがほとんどないため、触媒下流温度Tgは上昇しないで低下する。なお、ステップS128で、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2以下と判定された後、ステップS135で、この状態が所定時間ts継続していないときは、ステップS127に戻って処理を繰り返す。
また、ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置による改質処理制御について、図17のタイムチャートに基づいて説明する。
本実施例の内燃機関の制御装置において、図17に示すように、経過時間t1にて、ECU47は、プレヒートを行って燃料改質器33を加熱し、触媒下流温度Tgが上昇する。経過時間t2にて、触媒下流温度Tgが第1触媒下流温度Tg1になると、燃料改質器33のプレヒートを停止し、経過時間t3にて、流量調整弁39を開放すると共に、第2インジェクタ40による第2燃料噴射を実行する。すると、燃料改質器33では、空気と燃料との混合ガスが加熱された改質触媒で酸化反応することで、改質ガスが生成される。このとき、燃料改質器33が正常に起動して改質処理が行われると、改質触媒での反応熱により燃料改質器33が昇温され、図17に実線で示すように、触媒下流温度Tgが上昇して温度Tgs(例えば、900〜950℃)に維持される。一方、燃料改質器33での空気と燃料とのバランスが悪く、燃料改質器33が正常に起動していないと、燃料改質器33が昇温されず、図17に二点鎖線で示すように、触媒下流温度Tgが低下する。
この場合、所定時間tsが経過する間に、触媒下流温度Tgが一時的に第2触媒下流温度Tg2より高くなってから低下すれば、燃料不足(空気過剰)と判定し、触媒下流温度Tgが第2触媒下流温度Tg2より高くならずに低下すれば、空気不足(燃料過剰)と判定する。従って、燃料改質器33をプレヒートした後、空気と燃料との混合ガスを供給したとき、触媒下流温度Tgの温度変化に基づいて燃料改質器33の起動の成否を判定することができ、また、その変動原因を特定することができる。
このように実施例6の内燃機関の制御装置にあっては、燃料改質器33における改質触媒下流温度を検出する温度センサ91を燃料改質器33における改質反応部35の下流側に設け、ECU47は、燃料改質器33をプレヒートして混合ガスを供給した後、温度センサ91が検出した触媒下流温度Tgの温度変化に応じて燃料改質器33へ供給される混合ガスの起動を判定すると共に、その原因を特定するようにしている。
従って、燃料改質器33の触媒下流温度変化によりこの燃料改質器33における空気不足または燃料過剰、燃料不足または空気過剰を判定することができ、燃料の改質状態を適性に検出することで安定した燃焼状態を確保して排ガス特性を向上することができる。
なお、上述した各実施例にて、燃料改質器33の触媒温度を検出する温度センサ52,71,81,91を改質反応部35、その前端部、後端部、下流部にそれぞれ設けたが、設ける位置に限定されるものではなく、燃料改質器33における触媒温度またはこの触媒温度に起因するパラメータを検出することができる位置であればどこでもよい。また、この燃料改質器33における改質触媒温度または改質触媒温度に起因するパラメータを検出する温度検出手段として、温度センサ52,71,81,91や電流センサ61を適用したが、これに限るものではない。
また、上述の各実施例では、燃料改質器33を中心電極41により構成されたヒータにより改質触媒を加熱するようにしたが、改質触媒の加熱方法はヒータに限るものではない。例えば、燃料改質器33内に点火栓を設け、この点火栓により噴射燃料に着火して加熱するようにしてもよい。
また、燃料改質器33に供給するための空気を第1吸気管24から分岐して設けたバイパス管38により供給するようにしたが、第1吸気管24とは別の吸気管を設けて外気を直接燃料改質器33に供給するようにしてもよい。
そして、上述した各実施例では、内燃機関をポート噴射式エンジンとしたが、燃料を燃焼室に直接噴射する筒内噴射式エンジンであっても良い。
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料改質手段の改質触媒温度に基づいてこの燃料改質手段の起動の成否を判定するものであり、燃料改質手段を有する内燃機関であれば、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
本発明の実施例1に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例1の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例1の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。 本発明の実施例2に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例2の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例2の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。 本発明の実施例3に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例3の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例3の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。 本発明の実施例4に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例4の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例4の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。 本発明の実施例5に係る内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例5の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。 本発明の実施例6に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例6の内燃機関の制御装置における改質処理を表すフローチャートである。 実施例6の内燃機関の制御装置における改質処理を表すタイムチャートである。
符号の説明
11 エンジン(内燃機関)
19 燃焼室
20 吸気ポート
21 排気ポート
24 第1吸気管(吸気通路)
26 サージタンク
27 第2吸気管(吸気通路)
28 電子スロットル装置
29 第1インジェクタ
30 点火プラグ
31 排気管
32 三元触媒
33 燃料改質器(燃料改質手段)
38 バイパス管
39 流量調整弁
40 第2インジェクタ
41 ヒータ用中心電極
43 制御部
46 連結管(改質ガス供給通路)
47 電子制御ユニット、ECU(燃料噴射制御手段)
52,71,81,91 温度センサ(温度検出手段)
61 電流センサ(温度検出手段)

Claims (9)

  1. 外気を燃焼室に導入する吸気通路と、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを改質することで改質ガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段で生成された改質ガスを前記吸気通路に供給する改質ガス供給通路と、前記燃料改質手段における改質触媒温度または改質触媒温度に起因するパラメータを検出する温度検出手段と、前記燃料改質手段のプレヒートを行って該燃料改質手段に混合ガスを供給した後に前記温度検出手段が検出した前記燃料改質手段の改質触媒温度変化に基づいて該燃料改質手段の起動の成否を判定する起動判定手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記起動判定手段は、前記燃料改質手段に燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを供給した後、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度が低下したときには前記燃料改質手段の起動が失敗したと判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合に応じて前記燃料改質手段の異常原因を特定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 請求項3に記載の内燃機関の制御装置において、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段における上流部の改質触媒温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合が所定値を超えたときに、前記燃料改質手段の起動状況を空気不足または燃料過剰と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項3に記載の内燃機関の制御装置において、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段における下流部の改質触媒温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の低下度合が所定値を超えたときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記起動判定手段は、前記燃料改質手段に燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを供給した後、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の上昇度合に応じて前記燃料改質手段における空燃比変動を判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 請求項6に記載の内燃機関の制御装置において、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した改質触媒温度の上昇度合が改質触媒温度の正常上昇度合より高くなったときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定する一方、前記正常上昇度合より低くなったときに、前記燃料改質手段の起動状況を空気不足または燃料過剰と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  8. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記温度検出手段は、前記燃料改質手段より下流側の前記改質ガス供給通路に設けられて流動するガスの温度を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出したガス温度が上昇してから低下したときに、前記燃料改質手段の起動状況を燃料不足または空気過剰と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  9. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料改質手段に内蔵された改質触媒を加熱する電気ヒータが設けられ、前記温度検出手段は、前記電気ヒータへの通電状態を検出可能であり、前記起動判定手段は、前記温度検出手段が検出した前記電気ヒータへの通電状態に基づいて前記燃料改質手段の起動の成否を判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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