JP6217269B2

JP6217269B2 - 内燃機関の燃料改質装置

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Publication number: JP6217269B2
Application number: JP2013191171A
Authority: JP
Inventors: 寛之犬塚; 秀樹大林; 溝渕　剛史; 剛史溝渕
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: US9677484B2; JP2015055241A; US20150075451A1

Description

本発明は、内燃機関の燃料を改質する燃料改質触媒を備えた内燃機関の燃料改質装置に関する発明である。

内燃機関の燃料を改質して燃費を改善する技術として、例えば、特許文献１（特開２００９−１４４６１２号公報）に記載されたものがある。このものは、内燃機関の排気通路から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路の途中に、改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射弁と改質用燃料を改質する燃料改質触媒とを配置する。そして、改質用燃料噴射弁により噴射された改質用燃料とＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を燃料改質触媒で改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、改質用燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成し、その改質ガスを内燃機関の吸気通路に供給するようにしている。

しかし、燃料改質触媒を備えたシステムでは、ＥＧＲガス（排出ガス）中の炭素が析出して燃料改質触媒に堆積するため、時間経過に伴って燃料改質触媒の炭素堆積量が増加して燃料改質触媒の燃料改質性能が低下するという問題がある。

そこで、上記特許文献１では、燃料改質触媒の劣化（燃料改質性能の低下）を検知したときに、改質用燃料噴射弁による改質用燃料の噴射を停止すると共に排出ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側に制御することで燃料改質触媒に酸素を供給して燃料改質触媒に堆積した炭素を燃焼させて燃料改質触媒の燃料改質性能を回復させる触媒再生制御を行うようにしている。

特開２００９−１４４６１２号公報

ところで、改質用燃料の噴射を停止する触媒再生制御の実行中は、吸気通路に還流されるＥＧＲガス中の改質成分濃度（例えば水素や一酸化炭素の濃度）が大きく低下する。しかし、上記特許文献１の触媒再生制御では、内燃機関の運転中（燃焼中）に改質用燃料の噴射を停止する触媒再生制御を実行するため、内燃機関の運転中に触媒再生制御を実行したときに、改質用燃料の噴射停止によってＥＧＲガス中の改質成分濃度が大きく低下して、内燃機関の燃焼性が低下する。このため、燃費改善効果が低下すると共に排気エミッションやドライバビリティが悪化する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃費改善効果の低下、排気エミッションやドライバビリティの悪化を招くことなく、燃料改質触媒の燃料改質性能を回復させることができる内燃機関の燃料改質装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）に供給される主燃料を噴射する主燃料噴射手段（２１）と、内燃機関（１１）の吸入空気量を調節するスロットルバルブ（１６）と、内燃機関（１１）の排気通路（２３）から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ通路（３２）及びＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ（３４）と、ＥＧＲ通路（３２）内に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段（３５）と、ＥＧＲ通路（３２）に配置されて改質用燃料噴射手段（３５）により噴射された改質用燃料を改質する燃料改質触媒（３６）とを備えた内燃機関の燃料改質装置において、所定の燃料カット実行条件が成立したときに、主燃料及び改質用燃料の噴射を停止する燃料カットを実行すると共にＥＧＲバルブ（３４）及びスロットルバルブ（１６）を開弁状態に維持することで燃料改質触媒（３６）に新気を供給して該燃料改質触媒（３６）の燃料改質性能を回復させる触媒再生制御を行う触媒再生制御手段（３７）を備えた構成としたものである。

本発明の触媒再生制御では、所定の燃料カット実行条件が成立したとき（例えば内燃機関の減速時）に、主燃料及び改質用燃料の噴射を両方とも停止する燃料カットを実行し、この燃料カット中にＥＧＲバルブ及びスロットルバルブを両方とも開弁状態に維持することで、ＥＧＲ通路に新気（酸素）を導入して燃料改質触媒に多くの酸素を供給することができる。これにより、燃料改質触媒に堆積した炭素を速やかに燃焼させて、燃料改質触媒の燃料改質性能を速やかに回復させることができる。

この場合、燃料カット実行条件の成立時に燃料カットを実行して内燃機関の燃焼を停止させた状態で触媒再生制御が実行されるため、改質用燃料の噴射停止によってＥＧＲガス中の改質成分濃度が大きく低下しても、燃費改善効果の低下、排気エミッションやドライバビリティの悪化を招くことがない。また、燃料改質触媒に酸素を供給するための装置等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。図２は触媒再生制御を実行しない場合の改質成分濃度の挙動を示すタイムチャートである。図３は触媒再生制御の概要を説明するタイムチャートである。図４は燃料改質触媒の温度に応じた開度調整を説明するタイムチャートである。図５は燃料カット終了前に燃料改質性能が回復した場合の開度調整を説明するタイムチャートである。図６は触媒再生制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。図７は燃料改質触媒の温度に応じた補正量のマップの一例を概念的に示す図である。図８は燃料改質触媒の炭素堆積量に応じた補正量のマップの一例を概念的に示す図である。図９（ａ）は従来の触媒再生制御を実行した場合の改質成分濃度の挙動を示すタイムチャートであり、図９（ｂ）は本実施例の触媒再生制御を実行した場合の改質成分濃度の挙動を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに主燃料を噴射する主燃料噴射弁２１（主燃料噴射手段）が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられ、この触媒２４の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２５，２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、ノッキングを検出するノックセンサ２８が取り付けられている。また、クランク軸２９の外周側には、クランク軸２９が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられ、このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

このエンジン１１には、排気管２３から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＥＧＲ装置３１が搭載されている。このＥＧＲ装置３１は、排気管２３のうちの触媒２４の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側との間にＥＧＲ配管３２（ＥＧＲ通路）が接続され、このＥＧＲ配管３２に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ３４が設けられている。このＥＧＲバルブ３４を開弁することで排気管２３からＥＧＲ配管３２を通して吸気管１２へＥＧＲガスを還流させるようになっている。

また、ＥＧＲ配管３２のうちのＥＧＲクーラ３３の上流側には、ＥＧＲ配管３２内に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射弁３５（改質用燃料噴射手段）が設けられている。主燃料噴射弁２１と改質用燃料噴射弁３５には、共通の燃料タンク（図示せず）から燃料が供給される。更に、ＥＧＲ配管３２のうちの改質用燃料噴射弁３５の下流側には、改質用燃料噴射弁３５により噴射された改質用燃料を改質する燃料改質触媒３６が配置されている。この燃料改質触媒３６は、排気管２３内を流れる排出ガスと熱交換するように構成され、排出ガスの熱を利用して改質用燃料とＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、改質用燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成する。

上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

また、ＥＣＵ３７は、所定の改質実行条件が成立したときに、ＥＧＲ３４を開弁して排気管２４からＥＧＲ配管３２を通して吸気管１２へＥＧＲガスを還流させながら、改質用燃料噴射弁３５でＥＧＲ配管３２内に改質用燃料を噴射し、その改質用燃料とＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を燃料改質触媒３６で改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、改質用燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成し、その改質ガスを吸気管１２に供給する。

しかし、燃料改質触媒３６を備えたシステムでは、ＥＧＲガス（排出ガス）中の炭素が析出して燃料改質触媒３６に堆積するため、触媒再生制御を実行しないと、図２に示すように、時間経過に伴って燃料改質触媒３６の炭素堆積量が増加して燃料改質触媒３６の燃料改質性能が低下する（例えば吸気管１２に還流されるＥＧＲガス中の水素や一酸化炭素等の改質成分の濃度が低下する）という問題がある。尚、図２中の「Ｓ／Ｃ」は「ＥＧＲガス中の水蒸気と炭素の比」を意味する。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ３７により後述する図６の触媒再生制御ルーチンを実行することで、所定の燃料カット実行条件が成立したときに、主燃料及び改質用燃料の噴射を停止する燃料カットを実行すると共にＥＧＲバルブ３４及びスロットルバルブ１６を開弁状態に維持することで燃料改質触媒３６に新気を供給して燃料改質触媒３６の燃料改質性能を回復させる触媒再生制御を行う。

図３に示すように、本実施例の触媒再生制御では、所定の燃料カット実行条件が成立したとき（例えばアクセルオフで且つエンジン回転速度が所定の復帰回転速度以上のとき）に、主燃料及び改質用燃料の噴射を両方とも停止する燃料カットを実行し、この燃料カット中にＥＧＲバルブ３４及びスロットルバルブ１６を両方とも開弁状態に維持することで、ＥＧＲ配管３２に新気（酸素）を導入して燃料改質触媒３６に多くの酸素を供給することができる。これにより、燃料改質触媒３６に堆積した炭素を速やかに燃焼させて、燃料改質触媒３６の燃料改質性能を速やかに回復させることができる。

また、本実施例では、触媒再生制御の際に、燃料改質触媒３６の状態として燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量を推定又は検出し、この燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量に応じてＥＧＲ開度（ＥＧＲバルブ３４の開度）とスロットル開度（スロットルバルブ１６の開度）を調整するようにしている。以下、ＥＧＲ開度とスロットル開度の調整について具体的に説明する。

［燃料改質触媒３６の温度に応じた開度調整（その１）］
燃料改質触媒３６の温度が低いときに、ＥＧＲ開度が小さいと、燃料改質触媒３６に供給される酸素量が減少して炭素の燃焼による発熱量が減少するため、燃料改質触媒３６の温度が低下し過ぎて、触媒再生制御の終了後の燃料改質触媒３６の燃料改質率が低下してしまう可能性がある（図４の破線Ａ参照）。

また、燃料改質触媒３６の温度が低いときに、スロットル開度が大きいと、新気の割合が増加して排出ガス（排気管２３を流れるガス）やＥＧＲガス（ＥＧＲ配管３２を流れるガス）の温度低下が促進されると共に排出ガスの流量が増加して燃料改質触媒３６の放熱量が増加するため、燃料改質触媒３６の温度が低下し過ぎて、触媒再生制御の終了後の燃料改質触媒３６の燃料改質率が低下してしまう可能性がある（図４の破線Ａ参照）。

この対策として、本実施例では、図４に実線で示すように、燃料改質触媒３６の温度が低いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の温度が低いほどスロットル開度を減少させる処理を行うようにしている。

燃料改質触媒３６の温度が低いほどＥＧＲ開度を増加させることで、燃料改質触媒３６の温度が低いほど燃料改質触媒３６に供給される酸素量を増加させて炭素の燃焼による発熱量を増加させることができる。これにより、燃料改質触媒３６の温度を適正範囲内に維持して、触媒再生制御の終了後の燃料改質触媒３６の燃料改質率を向上させることができる。

また、燃料改質触媒３６の温度が低いほどスロットル開度を減少させることで、燃料改質触媒３６の温度が低いほど新気の割合を減少させて排出ガス（排気管２３を流れるガス）やＥＧＲガス（ＥＧＲ配管３２を流れるガス）の温度低下を抑制すると共に排出ガスの流量を減少させて燃料改質触媒３６の放熱量を減少させることができる。これにより、燃料改質触媒３６の温度を適正範囲内に維持して、触媒再生制御の終了後の燃料改質触媒３６の燃料改質率を向上させることができる。

［燃料改質触媒３６の温度に応じた開度調整（その２）］
燃料改質触媒３６の温度が高いときに、ＥＧＲ開度が大きいと、燃料改質触媒３６に供給される酸素量が増加して炭素の燃焼による発熱量が増加するため、燃料改質触媒３６の温度が上昇し過ぎて、燃料改質触媒３６が熱劣化してしまう可能性がある（図４の破線Ｂ参照）。

また、燃料改質触媒３６の温度が高いときに、スロットル開度が小さいと、新気の割合が減少して排出ガス（排気管２３を流れるガス）やＥＧＲガス（ＥＧＲ配管３２を流れるガス）の温度低下が抑制されると共に排出ガスの流量が減少して燃料改質触媒３６の放熱量が減少するため、燃料改質触媒３６の温度が上昇し過ぎて、燃料改質触媒３６が熱劣化してしまう可能性がある（図４の破線Ｂ参照）。

この対策として、本実施例では、燃料改質触媒３６の温度又は温度上昇速度が所定値を越えたときに、ＥＧＲ開度を減少させる処理とスロットル開度を増加させる処理を行うようにしている。

燃料改質触媒３６の温度又は温度上昇速度が所定値を越えたときに、ＥＧＲ開度を減少させることで、燃料改質触媒３６に供給される酸素量を減少させて炭素の燃焼による発熱量を減少させることができる。これにより、燃料改質触媒３６の温度上昇を抑制して、燃料改質触媒３６の熱劣化を防止することができる。

また、燃料改質触媒３６の温度又は温度上昇速度が所定値を越えたときに、スロットル開度を増加させることで、新気の割合を増加させて排出ガス（排気管２３を流れるガス）やＥＧＲガス（ＥＧＲ配管３２を流れるガス）の温度低下を促進させると共に排出ガスの流量を増加させて燃料改質触媒３６の放熱量を増加させることができる。これにより、燃料改質触媒３６の温度上昇を抑制して、燃料改質触媒３６の熱劣化を防止することができる。

［燃料改質触媒３６の炭素堆積量に応じた開度調整］
更に、本実施例では、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどスロットル開度を増加させる処理を行うようにしている。

このようにすれば、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほど、燃料改質触媒３６に堆積した炭素を燃焼させるのに必要な酸素量が多くなるのに対応して、ＥＧＲ開度やスロットル開度を増加させて、燃料改質触媒３６に供給される酸素量を増加させることができ、燃料改質触媒３６の燃料改質性能を効率良く回復させることができる。

［燃料カット終了前に燃料改質性能が回復した場合の開度調整］
ところで、燃料カットの終了前に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復する場合もある。このような場合、図５に破線で示すように、燃料カット中に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復した後も、ＥＧＲバルブ３４及びスロットルバルブ１６を開弁状態に維持すると、ＥＧＲ配管３２や排気管２３に新気が流れ続けるため、燃料改質触媒３６が冷却されて燃料改質触媒３６の温度が低下して、燃料カット終了後（燃料噴射再開後）の燃料改質触媒３６の燃料改質率が低下してしまう可能性がある。

そこで、本実施例では、図５に実線で示すように、燃料カットの終了前に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したと判定した場合には、その時点ｔ1 でＥＧＲバルブ３４を閉弁する処理とスロットルバルブ１６を閉弁する処理を行うようにしている。

このようにすれば、燃料カットの終了前に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したときに、速やかにＥＧＲバルブ３４やスロットルバルブ１６を閉弁して、ＥＧＲ配管３２や排気管２３に新気が流れないようにできる。これにより、燃料改質触媒３６の温度低下を抑制して、燃料カット終了後（燃料噴射再開後）の燃料改質触媒３６の燃料改質率が低下してしまうことを防止することができる。

また、本実施例では、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したか否かを、触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６の温度が下降に転じたか否か又は触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６に供給された新気量から求めた触媒再生量が所定値以上になったか否かによって判定するようにしている。

触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いうちは、炭素の燃焼による発熱によって燃料改質触媒３６の温度が上昇するが、その後、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が少なくなると、炭素の燃焼による発熱量が減少して、燃料改質触媒３６の温度が下降し始める。つまり、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が少なくなって燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復した状態になると、燃料改質触媒３６の温度が下降し始める。従って、触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６の温度が下降に転じたか否かによって、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したか否かを精度良く判定することができる。

また、触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６に供給された新気量に応じて燃料改質触媒３６の炭素堆積量が減少して触媒再生量（炭素堆積量の減少量）が増加するため、燃料改質触媒３６に供給された新気量から求めた触媒再生量が所定値以上になったか否かによって、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したか否かを精度良く判定することができる。

以上説明した本実施例の触媒再生制御は、ＥＣＵ３７によって図６の触媒再生制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図６に示す触媒再生制御ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう触媒再生制御手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、燃料カット実行条件が成立しているか否かを、例えば、アクセルオフで且つエンジン回転速度が所定の復帰回転速度以上であるか否かによって判定する。このステップ１０１で、燃料カット実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒再生制御に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、燃料カット実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０２以降の触媒再生制御に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、主燃料噴射弁２１による主燃料の噴射を停止すると共に改質用燃料噴射弁３５による改質用燃料の噴射を停止する燃料カットを実行する。尚、後述するステップ１０６で触媒再生制御時のスロットル制御とＥＧＲ制御を実行した後に燃料カットを開始するようにしても良い。

この後、ステップ１０３に進み、触媒再生制御時のベーススロットル開度とベースＥＧＲ開度を読み込む。この場合、例えば、燃料カット実行前のスロットル開度を触媒再生制御時のベーススロットル開度として読み込み、燃料カット実行前のＥＧＲ開度を触媒再生制御時のベースＥＧＲ開度として読み込む。

この後、ステップ１０４に進み、エンジン運転状態（例えば、吸入空気量、吸気温、スロットル開度、ＥＧＲ開度、冷却水温等）に基づいて燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量を推定する。或は、燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量のうちの一方又は両方をセンサで検出するようにしても良い。

この後、ステップ１０５に進み、スロットル開度補正量ＫＴとＥＧＲ開度補正量ＫＥを次のようにして算出する。
図７に示すスロットル開度補正量ＫＴ1 のマップを参照して、燃料改質触媒３６の温度に応じたスロットル開度補正量ＫＴ1 を算出すると共に、図７に示すＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 のマップを参照して、燃料改質触媒３６の温度に応じたＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 を算出する。

スロットル開度補正量ＫＴ1 のマップは、燃料改質触媒３６の温度が低いほどスロットル開度補正量ＫＴ1 が小さくなってスロットル開度を減少させるように設定されている。また、ＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 のマップは、燃料改質触媒３６の温度が低いほどＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 が大きくなってＥＧＲ開度を増加させるように設定されている。これらのスロットル開度補正量ＫＴ1 のマップとＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。

更に、図８に示すスロットル開度補正量ＫＴ2 のマップを参照して、燃料改質触媒３６の炭素堆積量に応じたスロットル開度補正量ＫＴ2 を算出すると共に、図８に示すＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 のマップを参照して、燃料改質触媒３６の炭素堆積量に応じたＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 を算出する。

スロットル開度補正量ＫＴ2 のマップは、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどスロットル開度補正量ＫＴ2 が大きくなってスロットル開度を増加させるように設定されている。また、ＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 のマップは、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 が大きくなってＥＧＲ開度を増加させるように設定されている。これらのスロットル開度補正量ＫＴ2 のマップとＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。

このようにしてスロットル開度補正量ＫＴ1 ，ＫＴ2 及びＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 ，ＫＥ2 を算出した後、スロットル開度補正量ＫＴ1 にスロットル開度補正量ＫＴ2 を加算して最終的なスロットル開度補正量ＫＴを求めると共に、ＥＧＲ開度補正量ＫＥ1 にＥＧＲ開度補正量ＫＥ2 を加算して最終的なＥＧＲ開度補正量ＫＥを求める。

この後、ステップ１０６に進み、触媒再生制御時のスロットル制御とＥＧＲ制御を実行する。触媒再生制御時のスロットル制御では、ベーススロットル開度にスロットル開度補正量ＫＴを加算して触媒再生制御時の目標スロットル開度を求め、スロットル開度を触媒再生制御時の目標スロットル開度に制御する。また、触媒再生制御時のＥＧＲ制御では、ベースＥＧＲ開度にＥＧＲ開度補正量ＫＥを加算して触媒再生制御時の目標ＥＧＲ開度を求め、ＥＧＲ開度を触媒再生制御時の目標ＥＧＲ開度に制御する。

この後、ステップ１０７に進み、燃料カット実行条件が成立しているか否かを判定し、燃料カット実行条件が成立していると判定されれば、燃料カットを継続したまま、ステップ１０８に進み、燃料改質触媒３６の温度を推定又は検出する。

この後、ステップ１０９に進み、燃料改質触媒３６の温度が所定値を越えたか否か（又は燃料改質触媒３６の温度上昇速度が所定値を越えたか否か）を判定する。このステップ１０９で、燃料改質触媒３６の温度が所定値以下である（又は燃料改質触媒３６の温度上昇速度が所定値以下である）と判定された場合には、スロットル開度とＥＧＲ開度をそのまま保持して、ステップ１１１に進む。

一方、上記ステップ１０９で、燃料改質触媒３６の温度が所定値を越えた（又は燃料改質触媒３６の温度上昇速度が所定値を越えた）と判定された場合には、燃料改質触媒３６が熱劣化する可能性があると判断して、ステップ１１０に進み、スロットル開度を増加補正すると共に、ＥＧＲ開度を減少補正する。この際、スロットル開度の増加補正量とＥＧＲ開度の減少補正量は、それぞれ予め設定した固定値としても良いし、或は、燃料改質触媒３６の温度等に応じて設定するようにしても良い。

この後、ステップ１１１に進み、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したか否かを、触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６の温度が下降に転じたか否か（又は触媒再生制御の開始後に燃料改質触媒３６に供給された新気量から求めた触媒再生量が所定値以上になったか否か）によって判定する。このステップ１１１で、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復していないと判定れた場合は、上記ステップ１０７に戻る。

その後、ステップ１１１で、燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したと判定れた場合、つまり、燃料カットの終了前に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したと判定された場合には、ステップ１１２に進み、スロットルバルブ１６を閉弁すると共にＥＧＲバルブ３４を閉弁する。

一方、上記ステップ１０７で、燃料カット実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１１３に進み、燃料カットを終了して、主燃料の噴射を再開すると共に改質用燃料の噴射を再開する。

この後、ステップ１１４に進み、通常のスロットル制御とＥＧＲ制御を実行する。通常のスロットル制御では、エンジン運転状態等に応じた目標スロットル開度を求め、スロットル開度を目標スロットル開度に制御する。また、通常のＥＧＲ制御では、エンジン運転状態等に応じた目標ＥＧＲ開度を求め、ＥＧＲ開度を目標ＥＧＲ開度に制御する。

従来の触媒再生制御（特許文献１の触媒再生制御）では、図９（ａ）に示すように、燃料改質触媒の劣化（燃料改質性能の低下）を検知したときに、改質用燃料噴射弁による改質用燃料の噴射を停止すると共に排出ガスの空燃比をリーン側に制御することで燃料改質触媒に酸素を供給して燃料改質触媒の燃料改質性能を回復させるようにしている。

この場合、エンジンの運転中（燃焼中）に改質用燃料の噴射を停止する触媒再生制御を実行するため、エンジンの運転中に触媒再生制御を実行したときに、改質用燃料の噴射停止によってＥＧＲガス中の改質成分濃度が大きく低下して、エンジンの燃焼性が低下する。このため、燃費改善効果が低下すると共に排気エミッションやドライバビリティが悪化する可能性がある。

これに対して、本実施例の触媒再生制御では、図９（ｂ）に示すように、所定の燃料カット実行条件が成立したときに、主燃料及び改質用燃料の噴射を両方とも停止する燃料カットを実行し、この燃料カット中にＥＧＲバルブ３４及びスロットルバルブ１６を両方とも開弁状態に維持することで、ＥＧＲ配管３２に新気（酸素）を導入して燃料改質触媒３６に多くの酸素を供給することができる。これにより、燃料改質触媒３６に堆積した炭素を速やかに燃焼させて、燃料改質触媒３６の燃料改質性能を速やかに回復させることができる。

この場合、燃料カット実行条件の成立時に燃料カットを実行してエンジン１１の燃焼を停止させた状態で触媒再生制御が実行されるため、改質用燃料の噴射停止によってＥＧＲガス中の改質成分濃度が大きく低下しても、燃費改善効果の低下、排気エミッションやドライバビリティの悪化を招くことがない。また、燃料改質触媒３６に酸素を供給するための装置等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

また、本実施例では、触媒再生制御の際に、燃料改質触媒３６の状態として燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量を推定又は検出し、この燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量に応じてＥＧＲ開度やスロットル開度を調整するようにしたので、ＥＧＲ開度やスロットル開度を、燃料改質触媒３６の温度や炭素堆積量に応じて適正に設定することができる。これにより、燃料改質触媒３６の熱劣化や触媒再生制御終了後の燃料改質率低下を防止しながら、燃料改質触媒３６の燃料改質性能を効率良く回復させることができる。

尚、上記実施例では、燃料改質触媒３６の温度が低いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の温度が低いほどスロットル開度を減少させる処理を両方とも行うようにしたが、これに限定されず、燃料改質触媒３６の温度が低いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の温度が低いほどスロットル開度を減少させる処理のうちの一方のみを行うようにしても良い。

また、上記実施例では、燃料改質触媒３６の温度又は温度上昇速度が所定値を越えたときに、ＥＧＲ開度を減少させる処理とスロットル開度を増加させる処理を両方とも行うようにしが、これに限定されず、ＥＧＲ開度を減少させる処理とスロットル開度を増加させる処理のうちの一方のみを行うようにしても良い。

また、上記実施例では、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどスロットル開度を増加させる処理を両方とも行うようにしたが、これに限定されず、燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどＥＧＲ開度を増加させる処理と燃料改質触媒３６の炭素堆積量が多いほどスロットル開度を増加させる処理のうちの一方のみを行うようにしても良い。

また、上記実施例では、燃料カットの終了前に燃料改質触媒３６の燃料改質性能が回復したと判定した場合、その時点でＥＧＲバルブ３４を閉弁する処理とスロットルバルブ１６を閉弁する処理を両方とも行うようにしたが、これに限定されず、ＥＧＲバルブ３４を閉弁する処理とスロットルバルブ１６を閉弁する処理のうちの一方のみを行うようにしても良い。

また、上記実施例では、燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量の両方に応じてＥＧＲ開度やスロットル開度を調整するようにしたが、これに限定されず、燃料改質触媒３６の温度と炭素堆積量のうちの一方のみに応じてＥＧＲ開度やスロットル開度を調整するようにしても良い。

その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１６…スロットルバルブ、２１…主燃料噴射弁（主燃料噴射手段）、２３…排気管（排気通路）、３２…ＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）、３４…ＥＧＲバルブ、３５…改質用燃料噴射弁（改質用燃料噴射手段）、３６…燃料改質触媒、３７…ＥＣＵ（触媒再生制御手段）

Claims

内燃機関（１１）に供給される主燃料を噴射する主燃料噴射手段（２１）と、
前記内燃機関（１１）の吸入空気量を調節するスロットルバルブ（１６）と、
前記内燃機関（１１）の排気通路（２３）から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ通路（３２）及び前記ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ（３４）と、
前記ＥＧＲ通路（３２）内に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段（３５）と、
前記ＥＧＲ通路（３２）に配置されて前記改質用燃料噴射手段（３５）により噴射された改質用燃料を改質する燃料改質触媒（３６）とを備えた内燃機関の燃料改質装置において、
所定の燃料カット実行条件が成立したときに、前記主燃料及び前記改質用燃料の噴射を停止する燃料カットを実行すると共に前記ＥＧＲバルブ（３４）及び前記スロットルバルブ（１６）を開弁状態に維持することで前記燃料改質触媒（３６）に新気を供給して該燃料改質触媒（３６）の燃料改質性能を回復させる触媒再生制御を行う触媒再生制御手段（３７）を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記触媒再生制御の際に前記燃料改質触媒（３６）の状態に応じて前記ＥＧＲバルブ（３４）の開度と前記スロットルバルブ（１６）の開度のうちの少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料改質触媒（３６）の状態として該燃料改質触媒（３６）の温度と炭素堆積量のうちの少なくとも一方を推定又は検出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料改質触媒（３６）の温度が低いほど前記ＥＧＲバルブ（３４）の開度を増加させる処理と前記燃料改質触媒（３６）の温度が低いほど前記スロットルバルブ（１６）の開度を減少させる処理のうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料改質触媒（３６）の温度又は温度上昇速度が所定値を越えたときに前記ＥＧＲバルブ（３４）の開度を減少させる処理と前記スロットルバルブ（１６）の開度を増加させる処理のうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料改質触媒（３６）の炭素堆積量が多いほど前記ＥＧＲバルブ（３４）の開度を増加させる処理と前記燃料改質触媒（３６）の炭素堆積量が多いほど前記スロットルバルブ（１６）の開度を増加させる処理のうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料カットの終了前に前記燃料改質触媒（３６）の燃料改質性能が回復したと判定した場合、その時点で前記ＥＧＲバルブ（３４）を閉弁する処理と前記スロットルバルブ（１６）を閉弁する処理のうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の燃料改質装置。
前記触媒再生制御手段（３７）は、前記燃料改質触媒（３６）の燃料改質性能が回復したか否かを、前記触媒再生制御の開始後に前記燃料改質触媒（３６）の温度が下降に転じたか否か又は前記触媒再生制御の開始後に前記燃料改質触媒（３６）に供給された新気量から求めた触媒再生量が所定値以上になったか否かによって判定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃料改質装置。