JP7476737B2 - エンジンの燃料改質システム - Google Patents

エンジンの燃料改質システム Download PDF

Info

Publication number
JP7476737B2
JP7476737B2 JP2020151508A JP2020151508A JP7476737B2 JP 7476737 B2 JP7476737 B2 JP 7476737B2 JP 2020151508 A JP2020151508 A JP 2020151508A JP 2020151508 A JP2020151508 A JP 2020151508A JP 7476737 B2 JP7476737 B2 JP 7476737B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming
fuel
catalyst
passage
egr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020151508A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022045750A (ja
Inventor
仁寿 中本
武久 興梠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2020151508A priority Critical patent/JP7476737B2/ja
Publication of JP2022045750A publication Critical patent/JP2022045750A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7476737B2 publication Critical patent/JP7476737B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584—Recycling of catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

本発明は、エンジンに供される炭化水素燃料を改質する燃料改質システムに関する。
上記のような燃料改質システムが適用されたエンジンとして、下記特許文献１のエンジンが知られている。具体的に、この特許文献１のエンジンは、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に改質用の燃料を噴射する燃料噴射弁（改質燃料用燃料噴射弁）と、ＥＧＲ通路における当該燃料噴射弁よりも下流側の位置に設けられた改質触媒（燃料改質触媒）とを備えている。改質触媒は、例えばロジウム系の触媒金属を含み、高温下で炭化水素燃料を改質して水素を生成する機能を有している。水素は燃焼速度が速いので、このような水素を含む改質後の燃料がエンジン本体（気筒）に供給されることにより、ＥＧＲ率（吸気中に含まれるＥＧＲガスの割合）が高い条件下でも安定した燃焼を実現することが可能になり、エンジンの燃費性能を改善する効果が得られるとされている。
特開２０１８－９４９２号公報
ここで、改質触媒の性能は、触媒内部に固形カーボン等の堆積物が堆積することにより、徐々に低下する。このため、触媒内部の堆積物を減少させる触媒再生制御を定期的に実行する必要がある。この触媒再生制御の要否を判断するべく、上記特許文献１では、触媒担体における特定の測定点での温度が測定される。燃料の改質反応は吸熱反応であるから、反応が活発であるほど触媒担体の温度は低下する傾向にある。言い換えると、反応が停滞しているほど触媒担体の温度は高くなる傾向にある。そこで、上記特許文献１では、上記測定点での温度が予め定められた劣化判定温度と比較され、当該劣化判定温度よりも測定温度が高い場合に上記触媒再生制御が実行されるようになっている。
ただし、触媒の温度はエンジンの運転条件によって変動するため、判定の精度を確保するには、少なくとも温度測定時の運転条件を統一する必要がある。しかしながら、触媒自身の蓄熱等による影響が存在することから、仮に温度測定時の運転条件（ＥＧＲ率や燃料噴射量）を統一したとしても、測定の直前までの運転条件の相違（運転履歴の相違）等により上記測定点での温度が変動し、結果として触媒の性能を適切に反映した温度が上記測定点において測定されない可能性がある。このため、上記測定点での温度のみに基づいて触媒再生制御の要否を適切に判断することは、必ずしも容易ではなかった。
上記のような不具合を回避する方法として、改質触媒の前後差圧（改質触媒の上流側の圧力と下流側の圧力との差）を測定し、この前後差圧に基づいて触媒再生制御の要否を判定することが考えられる。改質触媒内の堆積物が多いほど前後差圧が大きくなると考えられるからである。しかしながら、本願発明者等の研究により、前後差圧がある程度増大しているにもかかわらず有意な触媒の性能低下が見られないケースがあることが判明した。このようなケースで触媒再生制御を実行すると、燃料を改質できない（燃費改善効果が得られない）触媒再生制御の頻度が高くなり、燃費性能を十分に改善することができなくなる。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、堆積物を原因とした改質触媒の性能低下が起きている状況で適切に触媒再生制御を実行することが可能なエンジンの燃料改質システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するためのものとして、本発明の一局面に係るシステムは、エンジンに供される炭化水素燃料を改質する燃料改質システムであって、前記燃料を改質して水素を生成可能な改質触媒と、前記改質触媒に導入されるガスが流通する導入通路と、前記改質触媒から導出されたガスが流通する導出通路と、前記導入通路の圧力から前記導出通路の圧力を減じた前後差圧を検出する差圧検出部と、前記導入通路に設けられ、当該導入通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、前記導出通路に設けられ、当該導出通路内のガスに含まれる水素を検出する水素センサと、前記改質触媒の内部に堆積している堆積物を減少させる触媒再生制御の要否を判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記差圧検出部により検出された前後差圧が所定の閾値よりも大きいという第１の条件と、前記水素センサにより検出された水素が所定レベルよりも少ないという第２の条件とがともに成立した場合に、前記触媒再生制御が必要であると判定し、前記判定部は、前記水素センサによる検出値と、前記改質用インジェクタにより噴射された燃料量とに基づいて、前記改質触媒による燃料の改質率を算出し、算出した改質率が所定値よりも小さい場合に、前記第２の条件が成立したと判定する、ことを特徴とするものである（請求項１）。
本発明によれば、改質用インジェクタから噴射された炭化水素燃料を改質触媒に導入することにより、当該燃料を改質して水素を含む成分を生成することができる。水素を含む改質後の燃料は、改質前の燃料（炭化水素燃料）に比べて、燃焼速度が速く、かつ単位質量あたりの熱発生量が多くなる。このことは、同一の出力トルクを発生させるのに必要な燃料の総量を少なくする効果をもたらし、エンジンの燃費性能を向上させる。
ただし、改質触媒による燃料の改質が継続されると、改質触媒の内部に固形カーボン等の堆積物が多く堆積し、これによって改質触媒の性能が有意に低下することが懸念される。これに対し、本発明では、改質触媒の前後差圧（導入通路の圧力から導出通路の圧力を減じた値）が所定の閾値よりも大きいという条件（第１の条件）と、導出通路において検出された水素が所定レベルよりも少ないという条件（第２の条件）との双方が成立した場合に、改質触媒内の堆積物を減少させる触媒再生制御が実行されるので、堆積物を原因とした改質触媒の性能低下を精度よく判定することができ、その判定に応じた適切なタイミングで触媒再生制御を実行することができる。
改質触媒の前後差圧が閾値よりも大きいことは、改質触媒に堆積する固形カーボン等の堆積物が多いことを推定させる一要因ということができる。ただし、堆積物は必ずしも改質触媒の各所において一様に増えていくわけではないので、改質触媒の前後差圧が閾値を超えたことが、直ちに改質触媒の有意な性能低下に結びつくわけではない。したがって、前後差圧の大きさのみに基づいて触媒再生制御の要否を判定したのでは、改質触媒の性能が実際にはそれほど低下していないにもかかわらず触媒再生制御が実行される可能性がある。触媒再生制御の間は燃料改質による燃費改善効果が得られないので、改質触媒の性能低下度合いが小さい状況での触媒再生制御の実行は、燃費改善効果の減殺につながり、好ましくない。
一方で、改質触媒での燃料改質により生成される水素量の変化は、改質触媒の性能の変化を比較的よく表していると考えられる。そこで、水素センサにより検出される導出通路内の水素に基づいて触媒再生制御の要否を判定することが考えられる。しかしながら、水素の生成能力は改質触媒の経年劣化によっても低下するので、単に水素のみに基づいて触媒再生制御の要否を判定したのでは、特に改質触媒の使用年数が嵩んだ状況において、堆積物の堆積量が少ないにもかかわらず触媒再生制御が実行される可能性が高くなる。このことも、燃費改善効果の減殺につながり、好ましくない。
これに対し、本発明では、前後差圧が閾値よりも大きいという条件と水素が所定レベルよりも少ないという条件との双方が成立した場合にはじめて触媒再生制御が必要と判定されるので、堆積物をあえて減少させる必要性が薄い状況で無用に触媒再生制御が行われるのを回避でき、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。すなわち、本発明によれば、（経年劣化ではなく）堆積物の増大によって改質触媒の性能が低下したことを精度よく判定できるとともに、その判定に基づいた適切なタイミングで触媒再生制御を実行することができる。これにより、触媒再生制御の実行頻度が必要最小限に留められるので、改質触媒を用いた燃料の改質による燃費改善効果を十分に発揮させることができる。
しかも、本発明では、水素センサによる検出値と、改質用インジェクタにより噴射された燃料量とに基づいて、改質触媒による燃料の改質率が算出されるので、算出された当該改質率に基づいて適切に前記第２の条件の成否を判定することができる。
本発明の他の局面に係るシステムは、炭化水素燃料の燃焼が行われるエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、を備えたエンジンに供される前記燃料を改質する燃料改質システムであって、前記ＥＧＲ通路の途中部に設けられ、前記燃料を改質して水素を生成可能な改質触媒と、前記ＥＧＲ通路における前記改質触媒よりも排気側の部分からなり、前記改質触媒に導入されるガスが流通する第１ＥＧＲ通路部と、前記ＥＧＲ通路における前記改質触媒よりも吸気側の部分からなり、前記改質触媒から導出されたガスが流通する第２ＥＧＲ通路部と、前記第１ＥＧＲ通路部の圧力から前記第２ＥＧＲ通路部の圧力を減じた前後差圧を検出する差圧検出部と、前記第１ＥＧＲ通路部に設けられ、当該第１ＥＧＲ通路部に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、前記第２ＥＧＲ通路部に設けられ、当該第２ＥＧＲ通路部内のガスに含まれる水素を検出する水素センサと、前記改質触媒の内部に堆積している堆積物を減少させる触媒再生制御の要否を判定する判定部と、前記排気通路内の排気ガスを吸い込んで下流側に送り出す吸引装置と、前記判定部により前記触媒再生制御が必要と判定された場合に、当該触媒再生制御として、前記吸気通路から前記ＥＧＲ通路を通って前記排気通路へと至る空気流が生成されるように前記吸引装置を作動させる制御部とを備え、前記判定部は、前記差圧検出部により検出された前後差圧が所定の閾値よりも大きいという第１の条件と、前記水素センサにより検出された水素が所定レベルよりも少ないという第２の条件とがともに成立した場合に、前記触媒再生制御が必要であると判定する、ことを特徴とするものである（請求項２）。
本発明によれば、ＥＧＲ通路を流れる高温の排気ガス（ＥＧＲガス）により改質触媒を加熱して活性化することができ、活性化された改質触媒により燃料を効率よく改質することができる。
また、排気通路に設けられた吸引装置を用いてＥＧＲ通路を吸気側から排気側へと流れる（つまりＥＧＲ通路を逆流する）空気流を生成できるので、当該空気流に含まれる酸素を改質触媒内の堆積物と反応させて当該堆積部を燃焼除去することができ、改質触媒の速やかな再生を図ることができる。
前記吸引装置は、好ましくは、前記排気通路に設けられたインペラと、インペラに連結されたモータジェネレータとを備え、前記モータジェネレータは、前記インペラを回転させるモータとしての作動と、前記インペラの回転エネルギーを電力に変換する発電機としての作動が可能であり、前記制御部は、前記触媒再生制御として、前記モータジェネレータをモータとして作動させて前記インペラを回転させることにより、前記空気流を生成する（請求項３）。
この構成によれば、触媒再生制御の実行時にモータジェネレータをモータとして作動させることにより、インペラを高速回転させて上述した空気流を生成することができる。一方、触媒再生制御が不要なときは、モータジェネレータを発電機として作動させることにより、排気ガスのエネルギーの一部を電力として回収することができる。このことは、改質触媒での吸熱反応による燃料改質の効果（燃焼性の改善）と相俟って、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高める。これにより、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。
好ましくは、前記燃料改質システムは、前記排気通路のうち前記第１ＥＧＲ通路部と前記排気通路との接続部よりも下流側の部分、または前記第１ＥＧＲ通路部に設けられた酸素センサをさらに備え、前記差圧検出部は、前記触媒再生制御の実行中に、前記第２ＥＧＲ通路部の圧力から前記第１ＥＧＲ通路部の圧力を減じた値である再生時差圧を検出可能であり、前記判定部は、前記触媒再生制御を終了するタイミングを、前記差圧検出部により検出される前記再生時差圧と、前記酸素センサにより検出される酸素濃度とに基づき決定する（請求項４）。
触媒再生制御によって改質触媒内の堆積物が十分に減少した場合には、再生時差圧（第２ＥＧＲ通路部の圧力から第１ＥＧＲ通路部の圧力を減じた値）が減少する現象に加えて、改質触媒を通過した後の空気に含まれる酸素の濃度が増大する現象が見られるはずである。これは、改質触媒内の堆積物が減少すると、堆積物の燃焼のために消費される酸素の量が減るからである。前記構成では、差圧検出部により検出される再生時差圧の大きさと酸素センサにより検出される酸素濃度との双方に基づいて触媒再生制御の終了タイミングが決定されるので、改質触媒内の堆積物が十分に減少した適切なタイミングで触媒再生制御を終了させることができる。
以上説明したように、本発明のエンジンの燃料改質システムによれば、堆積物を原因とした改質触媒の性能低下が起きている状況で適切に触媒再生制御を実行することができる。
本発明の一実施形態にかかる燃料改質システムが適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。 上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。 上記エンジンの運転中に実行される制御の前半部を示すフローチャートである。 上記制御の後半部を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１３で行われる燃料改質制御の詳細を示すサブルーチンである。 図３のステップＳ１５で行われる触媒再生制御の詳細を示すサブルーチンである。 図３のステップＳ９の判定で用いられる差圧の閾値とＥＧＲガス流量との関係を示すグラフである。 エンジン負荷と目標ＥＧＲ率との関係を示すグラフである。 ＥＧＲ率と燃料改質率との関係を示すグラフである。 改質用燃料噴射量を決定するためのマップの傾向を示すグラフであり、グラフ（ａ）は触媒温度と改質用燃料噴射量との関係を、グラフ（ｂ）はＥＧＲガス流量と改質用燃料噴射量との関係をそれぞれ示している。 燃料割合（直噴燃料量と改質用燃料噴射量との比率）と触媒温度との関係を示すグラフである。 触媒再生制御時に改質触媒に導入される混合気の当量比と触媒温度との関係を示すグラフである。 燃料改質制御中の各通路内の流れを示す説明図である。 触媒再生制御中の各通路内の流れを示す説明図である。 改質触媒の拡大断面図であり、（ａ）は改質触媒の各セル壁に堆積物が分散して堆積しているときの状況を、（ｂ）は各セル壁の一部に堆積物が集中的に堆積しているときの状況を、それぞれ示している。
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料改質システムが適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリンエンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路１０と、エンジン本体１から排出された排気ガス（既燃ガス）が流通する排気通路２０と、吸気通路１０と排気通路２０とを接続するＥＧＲ通路３０とを備えている。
エンジン本体１は、列状に並ぶ複数の（ここでは４つの）気筒２を含む直列多気筒型のものである。各気筒２には、図略のピストンが往復動可能に収容されている。
エンジン本体１の各気筒２には、直噴インジェクタ３、点火プラグ４、吸気弁５、および排気弁６がそれぞれ設けられている。直噴インジェクタ３は、ガソリンを含有する燃料（炭化水素燃料）を気筒２に噴射する噴射弁である。点火プラグ４は、燃料と空気とが混合した混合気に点火するプラグである。吸気弁５は、吸気通路１０（後述する各独立吸気管１１）と気筒２とを連通する図略の吸気ポートを開閉するバルブである。排気弁６は、排気通路２０（後述する各独立排気管２１）と気筒２とを連通する図略の排気ポートを開閉するバルブである。
直噴インジェクタ３から気筒２に供給された燃料は、気筒２の内部（燃焼室）において空気と混合されて混合気を形成する。混合気は点火プラグ４による点火をきっかけに燃焼し、当該燃焼による膨張力を受けてピストンが往復動する。ピストンの往復動は、図略のクランク機構を介してエンジン本体１の出力軸（クランク軸）に伝達され、当該出力軸を回転させる。エンジン本体１には、当該出力軸の回転角（クランク角）および回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。なお、当実施形態では、直噴インジェクタ３から供給される燃料に加えて（もしくはこれに代えて）、後述する改質用インジェクタ３２からＥＧＲ通路３０を通じて供給される燃料を気筒２で燃焼させることも可能である（詳しくは後述する）。
吸気通路１０は、エンジン本体１の一側面に接続された複数（ここでは４つ）の独立吸気管１１と、各独立吸気管１１の上流側（エンジン本体１から遠い側）の端部が共通に接続されたサージタンク１２と、サージタンク１２から上流側に延びる単管状の共通吸気管１３とを有している。各独立吸気管１１は、上記吸気ポートを介して各気筒２に連通するようにエンジン本体１に接続されている。
共通吸気管１３の途中部には、吸気流量を調整するためのスロットル弁１５が開閉可能に設けられている。また、共通吸気管１３におけるスロットル弁１５よりも下流側の位置には、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ２が設けられている。吸気圧センサＳＮ２は、ＥＧＲガスが混入する前の吸気（つまり新気）の圧力を検出し得るように、ＥＧＲ通路３０と吸気通路１０（共通吸気管１３）との接続部よりも上流側でかつスロットル弁１５よりも下流側の位置に設けられている。なお、吸気圧センサＳＮ２と後述する排気圧センサＳＮ４との組合せは、本発明における「差圧検出部」に相当する。
サージタンク１２には、当該サージタンク１２を流通する吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。ここで、吸気通路１０にＥＧＲガス（排気通路２０からＥＧＲ通路３０を通じて還流される排気ガス）が導入される場合、サージタンク１２を流れる吸気は、共通吸気管１３からの新気とＥＧＲ通路３０からのＥＧＲガスとが混じった混合ガスとなる。この場合、エアフローセンサＳＮ３は、サージタンク１２を流れる当該混合ガスの流量を検出する。
排気通路２０は、エンジン本体１の他側面に接続された複数（ここでは４つ）の独立排気管２１と、各独立排気管２１の下流側（エンジン本体１から遠い側）の端部が集合した集合部２２と、集合部２２から下流側に延びる単管状の共通排気管２３とを有している。各独立排気管２１は、上記排気ポートを介して各気筒２に連通するようにエンジン本体１に接続されている。
共通排気管２３の途中部には、排気タービン装置２５が設けられている。排気タービン装置２５は、共通排気管２３の途中部に介設されたタービンケース２６と、タービンケース２６の内部に配置されたインペラ２７と、インペラ２７と連結軸２７ａを介して連結されたモータジェネレータ２８とを有している。
モータジェネレータ２８は、モータおよび発電機（ジェネレータ）の双方の機能を有する電気デバイスである。すなわち、モータジェネレータ２８は、インペラ２７の回転エネルギーを電力に変換する発電機としても作動可能であるし、インペラ２７を回転駆動するモータとしても作動可能である。
インペラ２７は、モータジェネレータ２８の作動状況に応じて異なる機能を発揮する。すなわち、モータジェネレータ２８が発電機として作動しているとき、インペラ２７はタービンとして機能し、タービンケース２６を通過する排気ガスのエネルギーを受けて受動的に回転する。インペラ２７の回転はモータジェネレータ２８に伝達され、モータジェネレータ２８において電力に変換される。一方、モータジェネレータ２８がモータとして作動しているとき、インペラ２７はコンプレッサとして機能し、排気ガスを下流側に送り出すように能動的に回転する。
モータジェネレータ２８はバッテリ４０と電気的に接続されている。バッテリ４０は、モータジェネレータ２８が発電機として作動しているときに当該モータジェネレータ２８で発電された電力を蓄えるとともに、モータジェネレータ２８がモータとして作動しているときに当該モータジェネレータ２８に電力を供給することが可能である。
共通排気管２３における排気タービン装置２５（タービンケース２６）よりも上流側の位置には、排気ガスの圧力を検出する排気圧センサＳＮ４と、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するＯ２センサＳＮ５（酸素センサ）とが設けられている。排気圧センサＳＮ４およびＯ２センサＳＮ５は、ＥＧＲ通路３０と排気通路２０（共通排気管２３）との接続部と排気タービン装置２５との間において、排気圧センサＳＮ４の方がＯ２センサＳＮ５よりもやや上流側に位置する関係で並設されている。
ＥＧＲ通路３０は、共通排気管２３における排気圧センサＳＮ４よりも上流側の位置と、共通吸気管１３における吸気圧センサＳＮ２よりも下流側の位置とを互いに連結するように設けられている。ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ弁３１、改質用インジェクタ３２、触媒コンバータ３３、および再生用インジェクタ３４が、排気側（排気通路２０に近い側）からこの順に並ぶように配設されている。以下では、ＥＧＲ通路３０における触媒コンバータ３３よりも排気側の部分を第１ＥＧＲ通路部３０ａ、ＥＧＲ通路３０における触媒コンバータ３３よりも吸気側（吸気通路１０に近い側）の部分を第２ＥＧＲ通路部３０ｂと称する。
ＥＧＲ弁３１は、ＥＧＲ通路３０（第１・第２ＥＧＲ通路部３０ａ，３０ｂ）を通じて排気通路２０から吸気通路１０に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの流量を調整するために開閉可能に設けられたバルブである。ＥＧＲ弁３１は、触媒コンバータ３３よりも排気側に位置する第１ＥＧＲ通路部３０ａに設けられている。
触媒コンバータ３３は、改質触媒４１と、酸化触媒４２と、両触媒４１，４２を収容する触媒ケース４３とを有している。改質触媒４１および酸化触媒４２は、改質触媒４１が酸化触媒４２よりも吸気側（吸気通路１０に近い側）に位置する関係で互いに近接配置されている。
改質用インジェクタ３２および再生用インジェクタ３４は、上述した直噴インジェクタ３が噴射する燃料と同じ燃料、つまりガソリンを含有する炭化水素燃料を噴射する噴射弁である。
改質用インジェクタ３２は、触媒コンバータ３３よりも排気側に位置する第１ＥＧＲ通路部３０ａに設けられている。改質用インジェクタ３２は、噴射した燃料を改質触媒４１で改質するために第１ＥＧＲ通路部３０ａに燃料を噴射する。詳細は後述するが、この改質用インジェクタ３２による燃料噴射時には、ＥＧＲ通路３０を通じて排気通路２０から吸気通路１０へとＥＧＲガスを流す操作（排気還流操作）が行われる（図１３参照）。改質用インジェクタ３２から第１ＥＧＲ通路部３０ａに噴射された燃料は、当該第１ＥＧＲ通路部３０ａを吸気側に向けて流れるＥＧＲガスと共に改質触媒４１に導入される。
再生用インジェクタ３４は、触媒コンバータ３３よりも吸気側に位置する第２ＥＧＲ通路部３０ｂに設けられている。再生用インジェクタ３４は、改質触媒４１内の堆積物を減少させる触媒再生を図るために第２ＥＧＲ通路部３０ｂに燃料を噴射する。詳細は後述するが、この再生用インジェクタ３４による燃料噴射時には、ＥＧＲ通路３０を通じて吸気通路１０から排気通路２０へと（つまりＥＧＲガスとは逆向きに）空気を流す操作が行われる（図１４参照）。再生用インジェクタ３４から第２ＥＧＲ通路部３０ｂに噴射された燃料は、当該第２ＥＧＲ通路部３０ｂを排気側に向けて流れる空気と共に酸化触媒４２に導入される。
改質触媒４１は、例えばハニカム構造を有する多孔質の担体（モノリス担体）と、燃料の改質のために当該担体の表面にコーティングされた触媒物質（改質触媒物質）とを有している。改質触媒物質は、例えばロジウム（Ｒｈ）系の触媒金属を含み、改質触媒４１を通過する燃料を改質する機能を有している。具体的に、改質触媒物質は、改質用インジェクタ３２による燃料噴射時に、当該改質用インジェクタ３２から噴射されてＥＧＲガスと共に改質触媒４１に導入されるガソリン含有燃料（炭化水素燃料）を改質し、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む成分を生成する機能を有している。
酸化触媒４２は、例えばハニカム構造を有する多孔質の担体（モノリス担体）と、燃料の酸化のために当該担体の表面にコーティングされた触媒物質（酸化触媒物質）とを有している。酸化触媒物質は、例えば白金（Ｐｔ）およびパラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属を含み、酸化触媒４２を通過する燃料を酸化する機能を有している。具体的に、酸化触媒物質は、再生用インジェクタ３４による燃料噴射時に、当該再生用インジェクタ３４から噴射されて酸化触媒４２に導入される燃料の未燃成分を、当該未燃成分と共に酸化触媒４２に導入される空気中の酸素と反応させて酸化する機能を有している。
触媒コンバータ３３には、改質触媒４１の温度を検出する触媒温度センサＳＮ６が設けられている。触媒温度センサＳＮ６は、改質触媒４１における吸気側の端部に対応する位置に取り付けられている。この触媒温度センサＳＮ６による温度検出位置は、排気側から吸気側へと流れるＥＧＲガスが改質触媒４１を抜け出る位置、つまり改質触媒４１の出口部に相当する。
第２ＥＧＲ通路部３０ｂには、当該第２ＥＧＲ通路部３０ｂを流通するＥＧＲガスに含まれる水素の濃度を検出する水素センサＳＮ７が設けられている。水素センサＳＮ７は、第２ＥＧＲ通路部３０ｂにおける再生用インジェクタ３４よりも排気側の位置（再生用インジェクタ３４と酸化触媒４２との間）に取り付けられている。
（２）制御系統
図２は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ５０は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
ＥＣＵ５０には、各種センサによる検出情報が入力される。例えば、ＥＣＵ５０は、上述したクランク角センサＳＮ１、吸気圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、排気圧センサＳＮ４、Ｏ２センサＳＮ５、触媒温度センサＳＮ６、および水素センサＳＮ７と電気的に接続されており、これらのセンサにより検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転数、吸気圧、吸気流量、排気圧、酸素濃度、触媒温度、水素濃度等の情報）がＥＣＵ５０に逐次入力されるようになっている。
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセルセンサＳＮ８が設けられており、当該アクセルセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ５０に逐次入力される。
ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＮ１～ＳＮ８からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、直噴インジェクタ３、点火プラグ４、スロットル弁１５、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８、ＥＧＲ弁３１、改質用インジェクタ３２、および再生用インジェクタ３４等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
上記制御に関する機能的要素として、ＥＣＵ５０は、主制御部５１と、改質制御部５２と、再生制御部５３とを有している。改質制御部５２は、改質触媒４１で改質された燃料をエンジン本体１に供給する燃料改質制御を司る制御モジュールである。再生制御部５３は、改質触媒４１内の堆積物を減少させる触媒再生制御を司る制御モジュールである。主制御部５１は、燃焼改質制御および触媒再生制御以外の種々の制御や判定を司る制御モジュールである。なお、主制御部５１は本発明における「判定部」に相当し、再生制御部５３は本発明における「制御部」に相当する。
（３）制御動作
次に、エンジンの運転中にＥＣＵ５０により実行される制御動作の一例について、図３～図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
図３に示す制御がスタートすると、ＥＣＵ５０の主制御部５１は、触媒温度センサＳＮ６により検出される改質触媒４１の温度が予め定められた閾値Ｔｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。閾値Ｔｘは、改質触媒４１の活性温度（例えば約５００℃）の近傍値に設定される。
上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されて改質触媒４１の温度が閾値Ｔｘ以下であることが確認された場合、主制御部５１は、改質触媒４１による燃料の改質を停止する非改質制御を実行する。この非改質制御は、次のステップＳ２，Ｓ３を含む。
まずステップＳ２において、主制御部５１は、各気筒２に供給すべき燃料が全て直噴インジェクタ３からの噴射燃料で賄われるように、改質用インジェクタ３２および直噴インジェクタ３を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、各気筒２に供給される総燃料量と同量の燃料を各気筒２の直噴インジェクタ３から噴射させるとともに、改質用インジェクタ３２による燃料噴射を停止する。
続くステップＳ３において、主制御部５１は、各気筒２に導入される吸気（新気およびＥＧＲガス）に対するＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が、必要な燃焼安定性が確保される範囲で最大になるように、ＥＧＲ弁３１を制御する。すなわち、気筒２への供給燃料が全て直噴インジェクタ３からのもの（つまり改質されていない燃料）である場合に設定し得るＥＧＲ率の上限は、燃焼安定性を損なわないことを条件として運転条件ごとに予め定めることができる。ＥＣＵ５０には、このようなＥＧＲ率の上限（全て直噴とした場合に設定可能なＥＧＲ率の上限）が運転条件ごとに予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、この記憶された上限のＥＧＲ率が実現されるように、ＥＧＲ弁３１の開度を調整する。
次に、上記ステップＳ１での判定がＮＯであった場合、つまり改質触媒４１の温度が閾値Ｔｘを超えている場合の制御について説明する。この場合、主制御部５１は、目詰まり判定フラグＦ１の値が「０」であるか否かを判定する（ステップＳ５）。目詰まり判定フラグＦ１とは、改質触媒４１に生じている目詰まりの度合いを表すフラグであり、後述するステップＳ９，Ｓ１２での判定がともにＹＥＳの場合に「１」となり、それ以外の場合に「０」となる。目詰まり判定フラグＦ１が「１」であることは、改質触媒４１の内部に堆積している固形カーボン等の堆積物の量が許容レベルを超えている（目詰まりが起きている）ことを意味し、同フラグＦ１が「０」であることは、堆積物の量が許容レベルを超えていない（目詰まりが起きていない）ことを意味する。
上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて目詰まり判定フラグＦ１＝０であること（目詰まりが起きていないこと）が確認された場合、主制御部５１は、改質触媒４１を含む触媒コンバータ３３（改質触媒４１および酸化触媒４２）の前後差圧を算出する（ステップＳ６）。すなわち、主制御部５１は、排気圧センサＳＮ４により検出される排気通路２０（共通排気管２３）の圧力から、吸気圧センサＳＮ２により検出される吸気通路１０（共通吸気管１３）の圧力を減じ、当該減算により得られた値を触媒コンバータ３３の前後差圧として特定する。
ここで、排気圧センサＳＮ４による検出圧力は、第１ＥＧＲ通路部３０ａにおける上流側（排気側）の端部の圧力と実質的に同一であり、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力は、第２ＥＧＲ通路部３０ｂにおける下流側（吸気側）の端部の圧力と実質的に同一である。このため、上記ステップＳ６において排気圧センサＳＮ４による検出圧力から吸気圧センサＳＮ２による検出圧力を減じた値を求めることは、第１ＥＧＲ通路部３０ａ（導入通路）の上流端の圧力から第２ＥＧＲ通路部３０ｂ（導出通路）の下流端の圧力を減じた値、換言すればＥＧＲ通路３０の入口／出口間の差圧を検出することに相当する。一方、上記ステップＳ６に至る前提条件、つまり上記ステップＳ１の判定がＮＯでかつ上記ステップＳ５の判定がＹＥＳである（触媒温度＞Ｔｘでかつ目詰まり判定フラグＦ１＝０である）条件では、後述するステップＳ１３で燃料改質制御が実行されて、ＥＧＲ弁３１が全開の状態で排気側から吸気側へとＥＧＲガスが流される。ＥＧＲ弁３１が全開であるため、ＥＧＲガスの圧力は、主に、触媒コンバータ３３を通過することによって低下する。言い換えると、ＥＧＲ通路３０のうち触媒コンバータ３３以外の部分で生じる圧損（圧力の低下量）は、触媒コンバータ３３で生じる圧損よりも十分に小さい。このことは、ＥＧＲ通路３０の入口／出口間の差圧を、触媒コンバータ３３での圧損（前後差圧）を代表する値として使用できることを意味する。そこで、当実施形態では、排気圧センサＳＮ４による検出圧力から吸気圧センサＳＮ２による検出圧力を減じた値（つまりＥＧＲ通路３０の入口／出口間の差圧）を、触媒コンバータ３３の前後差圧として特定している。
次いで、主制御部５１は、ＥＧＲ通路３０を流れるＥＧＲガスの流量を算出する（ステップＳ７）。具体的に、主制御部５１は、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力に基づいて共通吸気管１３を流れる吸気（新気）の流量である吸入空気量を推定するとともに、この推定した吸入空気量を、エアフローセンサＳＮ３により検出されるサージタンク１２内の流量から減じた値を、ＥＧＲガスの流量として特定する。すなわち、サージタンク１２を流れるのは新気とＥＧＲガスとが混じった混合ガスであるから、サージタンク１２を流れる当該混合ガスの流量（エアフローセンサＳＮ３による検出値）から共通吸気管１３を流れる新気の流量（吸気圧センサＳＮ２に基づく推定値）を減じた値は、ＥＧＲガスの流量に相当する。
次いで、主制御部５１は、後述するステップＳ９において触媒コンバータ３３の前後差圧と比較される閾値Ｄｘを設定する（ステップＳ８）。図７は、この閾値Ｄｘの傾向を示すグラフである。本図に示すように、差圧の閾値Ｄｘは、ＥＧＲ通路３０を流れるＥＧＲガスの流量が大きいほど大きくなるように設定される。すなわち、主制御部５１は、上記ステップＳ７で算出されたＥＧＲガスの流量を、図７のグラフ（実線の波形）に対応するマップに適用することにより、差圧の閾値Ｄｘを決定する。ここで、閾値Ｄｘは、触媒コンバータ３３が新品同様のクリーン状態であるときに生じる前後差圧（破線の波形）よりも一定程度大きい値に設定される。触媒コンバータ３３の前後差圧がクリーン状態のときの前後差圧よりも大きくなる主な原因は、改質触媒４１での燃料の改質反応に伴い生じる固形カーボン等の堆積物の堆積である。このため、触媒コンバータ３３の前後差圧を図７の閾値Ｄｘと比較することは、改質触媒４１にどの程度の堆積物が存在するかを判断することを意味する。
次いで、主制御部５１は、上記ステップＳ６で算出された触媒コンバータ３３の前後差圧が、上記ステップＳ８で設定された閾値Ｄｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。
上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されて触媒コンバータ３３の前後差圧が閾値Ｄｘより大きいことが確認された場合、主制御部５１は、水素センサＳＮ７により検出される水素濃度等に基づいて燃料改質率を算出する（ステップＳ１０）。ここで、燃料改質率とは、改質用インジェクタ３２から噴射された噴射のうち改質触媒４１で改質される燃料の割合のことである。上述したとおり、改質用インジェクタ３２から噴射された燃料は、改質触媒４１での改質反応を経て水素（Ｈ２）を含む成分に改質される。このため、改質触媒４１の下流側（第２ＥＧＲ通路部３０ｂ）を流れるＥＧＲガス中の水素濃度、つまり水素センサＳＮ７により検出される水素濃度は、改質触媒４１による燃料改質率が大きいほど高くなり、かつ改質用インジェクタ３２からの燃料噴射量が多いほど高くなる。そこで、主制御部５１は、水素センサＳＮ７による検出値と、改質用インジェクタ３２からの燃料噴射量とに基づいて、燃料改質率を算出する。
次いで、主制御部５１は、後述するステップＳ１２において燃料改質率と比較される閾値Ｒｘを設定する（ステップＳ１１）。この燃料改質率の閾値Ｒｘは、現在の運転条件において得ることが可能な燃料改質率の最大値である最大改質率に対し一定程度低い値に設定される。詳細は後述する燃料改質制御（ステップＳ１３；もしくは図５のステップＳ３０～Ｓ３６）の中で説明するが、当実施形態では、運転条件ごとに、燃料改質率が上述した最大改質率となるようにＥＧＲ率が調整される。燃料改質率がこの最大改質率に対し低下する主な原因は、改質触媒４１での燃料の改質反応に伴い生じる固形カーボン等の堆積物の堆積である。このため、燃料改質率を閾値Ｒｘと比較することは、改質触媒４１にどの程度の堆積物が存在するかを判断することを意味する。
上記ステップＳ１２および上記ステップＳ９のいずれかの判定がＮＯであった場合、つまり触媒コンバータ３３の前後差圧が閾値Ｄｘ以下であるか、または燃料改質率が閾値Ｒｘ以上であった場合、ＥＣＵ５０の改質制御部５２は、燃料改質制御として、ＥＧＲ通路３０にＥＧＲガス（排気ガス）を流通させつつ改質用インジェクタ３２に燃料を噴射させる制御を実行する（ステップＳ１３）。この燃料改質制御の詳細については後述する。
一方、上記ステップＳ１２での判定がＹＥＳであった場合、主制御部５１は、目詰まり判定フラグＦ１に「１」を入力する（ステップＳ１４）。すなわち、上記ステップＳ１２での判定がＹＥＳである（その前提として上記ステップＳ９での判定もＹＥＳである）ということは、燃料改質率が閾値Ｒｘ未満であり、かつ触媒コンバータ３３の前後差圧が閾値Ｄｘを超えていることを意味する。これらの事象は、いずれも、改質触媒４１内の堆積物が多いと推定できる根拠になる。そこで、主制御部５１は、上記ステップＳ１４にて目詰まり判定フラグＦ１＝１とし、改質触媒４１内の堆積物の量が許容レベルを超えていることを記録する。
次いで、ＥＣＵ５０の再生制御部５３は、触媒再生制御として、ＥＧＲ通路３０を通じて改質触媒４１に空気を供給することにより当該改質触媒４１内の堆積物を燃焼させる制御を実行する（ステップＳ１５）。この触媒再生制御の詳細については後述する。
図５は、上記ステップＳ１３の燃料改質制御の詳細を示すサブルーチンである。この図５に示す制御がスタートすると、改質制御部５２は、ＥＧＲ弁３１を全開位置まで開く（ステップＳ３０）。ここで、燃料改質制御では、後述するステップＳ３２により、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８が発電機として作動する。これにより、排気タービン装置２５のインペラ２７が排気ガスの流通を阻害する抵抗要素となり、排気通路２０の圧力が吸気通路１０の圧力よりも十分に高くなる。そして、この状態で上記のとおりＥＧＲ弁３１が全開とされることにより、図１３に示すように、排気通路２０からＥＧＲ通路３０を通って吸気通路１０へと流れる排気ガスの流れが生成される。すなわち、排気通路２０を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１０に戻す排気還流操作が実現される。
次いで、改質制御部５２は、ＥＧＲ率（吸気に対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率を決定する（ステップＳ３１）。目標ＥＧＲ率は、エンジンの運転条件（負荷および回転数）ごとに異なる値をとるように、例えばマップ形式で予め定められている。改質制御部５２は、アクセルセンサＳＮ８の検出値等から特定されるエンジン負荷と、クランク角センサＳＮ１の検出値から特定されるエンジン回転数とに基づいて、現在の運転条件に適合する目標ＥＧＲ率を決定する。
図８は、エンジン負荷と目標ＥＧＲ率との関係を示すグラフである。本図に示すように、目標ＥＧＲ率は、エンジン負荷が高いほど大きくなるように設定される。このような目標ＥＧＲ率の傾向は、改質触媒４１での効率的な燃料改質を目指して定められたものである。
図９は、上述した目標ＥＧＲ率の傾向を定める基礎となった燃料改質率の特性を示すグラフである。燃料改質率とは、既に説明したとおり、改質用インジェクタ３２から噴射された噴射のうち改質触媒４１で改質される燃料の割合のことである。図９に示すように、ＥＧＲ率以外の条件（負荷、回転数、触媒温度など）が同一である場合、燃料改質率は、ＥＧＲ率に応じて増減する。すなわち、燃料改質率は、ＥＧＲ率が所定値Ｗであるときに最大になり、所定値Ｗに対し増大方向および減少方向のいずれに変化しても低下する。ＥＧＲ率が所定値Ｗに対し増大するほど燃料改質率が低下するのは、ＥＧＲガスの温度低下が原因である。具体的に、ＥＧＲ率が所定値Ｗよりも大きくなると、気筒２での燃焼温度が有意に低下し、排気ガスひいてはＥＧＲガスの温度が低下する。これにより、改質触媒４１の温度が低下し、改質触媒４１の活性が相対的に低下する結果、燃料改質率が低下する。また、ＥＧＲ率が所定値Ｗに対し減少するほど燃料改質率が低下するのは、燃料の気化率の低下が原因である。具体的に、ＥＧＲ率が所定値Ｗよりも小さくなると、ＥＧＲ通路３０を流通するＥＧＲガスの流量が有意に減少し、改質用インジェクタ３２から噴射された燃料のうちＥＧＲガス中で気化する燃料の割合（気化率）が低下する。これにより、改質触媒４１に十分に微粒化した状態で導入される燃料の量が減少する結果、燃料改質率が低下する。
以上のとおり、ＥＧＲ率に対する燃料改質率の変化特性（図９）は、特定のＥＧＲ率（所定値Ｗ）において燃料改質率が最大になる山型の特性になる。そして、本願発明者の研究による知見として、燃料改質率が最大になるＥＧＲ率（所定値Ｗ）は、エンジン負荷が高いほど大きくなることが分かっている。そこで、当実施形態では、各運転条件において可及的に高い燃料改質率が得られるように（つまり図９の所定値Ｗに対応する燃料改質率が得られるように）、目標ＥＧＲ率が高負荷側ほど大きい値に設定される。なお、目標ＥＧＲ率はエンジン回転数によっても変動し得るが、ここではその傾向についての説明は省略する。
上記のようにして目標ＥＧＲ率を決定した後、改質制御部５２は、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８を発電機として作動させるとともに、当該モータジェネレータ２８の発電量を、上記ステップＳ３１で決定された目標ＥＧＲ率が得られるような値に調整する（ステップＳ３２）。モータジェネレータ２８が発電機として作動すると、排気通路２０（共通排気管２３）内のインペラ２７が排気ガスの流通を阻害する抵抗要素となり、排気通路２０の圧力が増大する。これにより、排気通路２０の圧力が吸気通路１０の圧力よりも有意に高くなり、十分な量のＥＧＲガスがＥＧＲ通路３０を通じて排気通路２０から吸気通路１０へと流入するようになる。また、このときのＥＧＲガスの流量は、モータジェネレータ２８の発電量が増大するほど多くなる。上記ステップＳ３２では、このような傾向に基づきモータジェネレータ２８の発電量が調整されて、上記ステップＳ３１で決定された目標ＥＧＲ率に相当する量のＥＧＲガスがＥＧＲ通路３０に流される。
具体的に、目標ＥＧＲ率に相当する量のＥＧＲガスをＥＧＲ通路３０に流すためのモータジェネレータ２８の発電量は、エンジンの運転条件（負荷および回転数の組合せ）ごとに、数値シミュレーションや実験等によって予め知ることができる。上記ステップＳ３２では、この既知のデータに基づいて予め定められたマップまたはモデル式を用いて、現在の運転条件下で目標ＥＧＲ率（上記ステップＳ３１で決定された目標ＥＧＲ率）を達成するためのモータジェネレータ２８の発電量が求められ、その発電量が得られるようにモータジェネレータ２８が制御される。
次いで、改質制御部５２は、各気筒２に供給すべき燃料の総量である総燃料量を決定する（ステップＳ３３）。具体的に、改質制御部５２は、各気筒２における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）もしくはその近傍に設定された目標空燃比に一致するように、総燃料量を決定する。この総燃料量は、例えば吸気圧センサＳＮ２の検出値に基づき決定することが可能である。すなわち、改質制御部５２は、各気筒２に導入される空気（新気）の量である吸入空気量を、吸気圧センサＳＮ２の検出値に基づき推定するとともに、推定した吸入空気量を目標空燃比（≒１４．７）で除した値を、上記総燃料量として決定する。
次いで、改質制御部５２は、改質用インジェクタ３２から噴射すべき燃料の量である改質用燃料噴射量を決定する（ステップＳ３４）。なお、ここでいう改質用燃料噴射量とは、エンジン本体１の各気筒２で繰り返される燃焼に供するべく改質用インジェクタ３２から断続的に噴射される燃料の１回あたりの噴射量のことである。すなわち、改質用インジェクタ３２は、当該インジェクタ３２から噴射された燃料が各気筒２の吸気行程中に各気筒２にそれぞれ到達するように、各気筒２の吸気行程にリンクした適宜のタイミングで燃料を繰り返し噴射する。上記ステップＳ３４における改質用燃料噴射量とは、このように改質用インジェクタ３２から断続的に噴射される燃料の１回あたりの噴射量のことである。
上記ステップＳ３４において、改質用燃料噴射量は、触媒温度センサＳＮ６により検出される改質触媒４１の温度と、上記ステップＳ７（図３）で算出されたＥＧＲガス流量とをパラメータとしたマップに基づき決定される。図１０は、このマップの傾向を示すグラフであり、グラフ（ａ）は改質触媒４１の温度（触媒温度）と改質用燃料噴射量との関係を、グラフ（ｂ）はＥＧＲガス流量と改質用燃料噴射量との関係をそれぞれ示している。図１０のグラフ（ａ）に示すように、改質用燃料噴射量は、改質触媒４１の温度が上述した閾値Ｔｘ（ステップＳ１参照）に対し増大するほど多くなるように設定される。また、図１０のグラフ（ｂ）に示すように、改質用燃料噴射量は、ＥＧＲガス流量が増大するほど多くなるように設定される。なお、改質触媒４１の温度と噴射量との関係を規定するグラフ（ａ）において、ＥＧＲガス流量は０より大きい値で一定であるものとし、ＥＧＲガス流量と噴射量との関係を規定するグラフ（ｂ）において、改質触媒４１の温度は閾値Ｔｘより高い値で一定であるものとする。
上記のような傾向で改質用燃料噴射量が決定されるのは、改質触媒４１の出口温度が活性温度を下回らないようにするためである。すなわち、改質触媒４１で燃料を改質させる反応は吸熱反応であるため、むやみに多くの燃料を改質触媒４１に導入すると、改質触媒４１の出口温度が活性温度（例えば約５００℃）を下回り、改質触媒４１での燃料改質率が低下するおそれがある。逆に言えば、改質触媒４１の出口温度が活性温度に比して高いほど、当該出口温度が活性温度を下回らない条件で改質触媒４１に導入し得る燃料量は多くなる。また、ＥＧＲガスは高温であるため、ＥＧＲガス流量が多いほど改質触媒４１の保温が図られ、その温度低下が抑制される。このため、ＥＧＲガス流量が多いほど、改質触媒４１の出口温度が活性温度を下回らない条件で当該改質触媒４１に導入し得る燃料量は多くなる。図１０のグラフ（ａ）（ｂ）に示した改質用燃料噴射量の傾向は、このような観点から定められたものである。すなわち、当実施形態では、改質触媒４１の出口温度が活性温度を下回らない範囲でできるだけ多くの燃料を改質触媒４１に導入して改質するべく、改質用燃料噴射量が改質触媒４１の温度およびＥＧＲガス流量に応じて可変的に（各パラメータに比例するように）設定される。
上記のようにして改質用燃料噴射量を決定した後、改質制御部５２は、エンジン本体１の各気筒２に各直噴インジェクタ３から噴射すべき燃料の量である直噴燃料量を決定する（ステップＳ３５）。具体的に、直噴燃料量は、上記ステップＳ３３においてエンジンの運転条件（負荷および回転数）に応じて決定された総燃料量、つまり現運転条件に適合したトルクを発生させるために各気筒２に噴射すべき燃料の量（所要燃料量）と、上記ステップＳ３４で決定された改質用燃料噴射量とに基づき算出される。例えば、直噴燃料量をＱｆ１、改質用燃料噴射量をＱｆ２、各気筒２の総燃料量をＱｆ０としたとき、直噴燃料量Ｑｆ１は、総燃料量Ｑｆ０から改質用燃料噴射量Ｑｆ２を減じた値（Ｑｆ０－Ｑｆ２）として算出することができる。
ここで、改質用燃料噴射量は、上述したとおり、改質触媒４１の温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動するので、直噴燃料量も改質触媒４１の温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動する。言い換えると、直噴燃料量と改質用燃料噴射量との比率（燃料割合）は、改質触媒４１の温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動する。図１１は、燃料割合と改質触媒４１の温度（触媒温度）との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、「直噴インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し直噴インジェクタ３からの噴射燃料が占める割合のことであり、「改質用インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し改質用インジェクタ３２からの噴射燃料が占める割合のことである。図１１に示すように、改質触媒４１の温度が閾値Ｔｘ以下のとき、総燃料量はその全部（１００％）が直噴インジェクタ３からの噴射燃料（直噴燃料量）によって賄われる。これに対し、改質触媒４１の温度が閾値Ｔｘを超えると、当該閾値Ｔｘに対する超過量が大きくなるほど改質用インジェクタ３２からの噴射燃料（改質用燃料噴射量）が占める割合が増大し、最大で１００％に達する。このように、直噴燃料量および改質用燃料噴射量の割合は、改質触媒４１の温度が高くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。また、図示は省略するが、同割合はＥＧＲガス流量によっても変化し、ＥＧＲガス流量が多くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。なお、上記ステップＳ３４，Ｓ３５の前提として、改質触媒４１の温度は閾値Ｔｘを超えているから、ここでの改質用燃料噴射量の割合（改質用インジェクタ分担率）は、少なくとも０％よりは大きい値に設定され、最大で１００％まで上昇し得る。
次いで、改質制御部５２は、上記ステップＳ３４，Ｓ３５で決定された各噴射量に従って改質用インジェクタ３２および直噴インジェクタ３に燃料を噴射させる（ステップＳ３６）。すなわち、改質制御部５２は、上記ステップＳ３４で決定された改質用燃料噴射量に相当する量の燃料が改質用インジェクタ３２から噴射されるように同インジェクタ３２を制御するとともに、上記ステップＳ３５で決定された直噴燃料量に相当する量の燃料が直噴インジェクタ３から噴射されるように同インジェクタ３を制御する。
図６は、上記ステップＳ１５（図３）の触媒再生制御の詳細を示すサブルーチンである。この図６に示す制御がスタートすると、再生制御部５３は、ＥＧＲ弁３１を全開位置まで開く（ステップＳ４０）。ここで、触媒再生制御では、後述するステップＳ４３により、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８がモータとして作動する。これにより、インペラ２７が高速で回転駆動されて、排気通路２０内の排気ガスがインペラ２７により下流側に送り出される結果、排気通路２０の圧力が吸気通路１０の圧力よりも低下する。そして、この状態で上記のとおりＥＧＲ弁３１が全開とされることにより、図１４に示すように、吸気通路１０からＥＧＲ通路３０を通って排気通路２０へと至る空気の流れが生成される。すなわち、ＥＧＲ通路３０を通常とは逆向きに（吸気側から排気側へと）流れる空気流が生成される。
次いで、再生制御部５３は、エンジン本体１に対し単位時間あたりに供給すべき空気の量である要求空気量を決定する（ステップＳ４１）。要求空気量は、アクセルセンサＳＮ８の検出値等から特定されるエンジン負荷と、クランク角センサＳＮ１の検出値から特定されるエンジン回転数とに基づき決定される。具体的に、要求空気量は、エンジン負荷およびエンジン回転数が高いほど多くなるように決定される。
次いで、再生制御部５３は、ＥＧＲ通路３０を介して触媒コンバータ３３に導入すべき空気の量である目標触媒導入空気量を決定する（ステップＳ４２）。目標触媒導入空気量は、換言すれば、図１４のようにＥＧＲ通路３０を吸気側から排気側へと流れる空気の目標流量のことである。当実施形態において、目標触媒導入空気量は、単位時間あたりに流れるガス量を改質触媒４１の触媒体積で除した値であるガス毎時空間速度（ＧＨＳＶ）が所定値になるように設定される。ＧＨＳＶの所定値は、例えば１００００（１／ｈ）とすることができる。
次いで、再生制御部５３は、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８をモータとして作動させ、当該モータジェネレータ２８によりインペラ２７を回転駆動する（ステップＳ４３）。すると、排気通路２０内の排気ガスがインペラ２７により吸引されて下流側に送り出され、排気通路２０の圧力が低下する。これにより、吸気通路１０の圧力が排気通路２０の圧力よりも高くなり、吸気通路１０からＥＧＲ通路３０を通って排気通路２０へと流れる（ＥＧＲ通路３０を逆流する）空気の流れが生成される。
上記ステップＳ４３でモータジェネレータ２８をモータとして作動させる際の駆動力（モータ駆動力）は、上記ステップＳ４２で決定された目標触媒導入空気量に応じた値に設定される。すなわち、目標触媒導入空気量に相当する空気をＥＧＲ通路３０に流すためのモータジェネレータ２８の駆動力は、エンジンの運転条件（負荷および回転数の組合せ）ごとに、数値シミュレーションや実験等によって予め知ることができる。上記ステップＳ４３では、この既知のデータに基づいて予め定められたマップまたはモデル式を用いて、現在の運転条件下で目標触媒導入空気量を達成するためのモータジェネレータ２８の駆動力が求められ、その駆動力が得られるようにモータジェネレータ２８が制御される。
次いで、再生制御部５３は、スロットル弁１５の開度を増大方向に補正する（ステップＳ４４）。すなわち、触媒再生制御では上記のとおり、排気タービン装置２５のモータ駆動（モータジェネレータ２８をモータとして作動させてインペラ２７を回転させる動作）によって空気がＥＧＲ通路３０を逆流するので、この逆流空気（換言すれば吸気通路１０からＥＧＲ通路３０に分流する空気）の分だけ、エンジン本体１に導入される空気の量が減少する。そこで、上記ステップＳ４４では、このような空気の減少分が補われて適切な量の空気（上記ステップＳ４１で決定された要求空気量に相当する空気）がエンジン本体１に導入されるように、スロットル弁１５の開度が通常よりも増大方向に補正される。
次いで、再生制御部５３は、上記ステップＳ４１で決定された要求空気量とエアフローセンサＳＮ３によるサージタンク１２内の検出流量（エンジン本体１に実際に導入される空気量）との差分である空気量偏差を算出する（ステップＳ４５）。
次いで、再生制御部５３は、モータとして作動するモータジェネレータ２８の駆動力（モータ駆動力）を、上記ステップＳ４５で算出された空気量偏差に応じて補正する（ステップＳ４６）。例えば、エンジン本体１の要求空気量よりも実際の空気量が多い場合（つまり空気量偏差がプラスである場合）には、ＥＧＲ通路３０に分流する空気を増やして当該プラスの空気量偏差を解消するべく、モータジェネレータ２８の駆動力が増大方向に補正される。逆に、エンジン本体１の要求空気量よりも実際の空気量が少ない場合（つまり空気量偏差がマイナスである場合）には、ＥＧＲ通路３０に分流する空気を減らして当該マイナスの空気量偏差を解消するべく、モータジェネレータ２８の駆動力が減少方向に補正される。このような駆動力の補正は、例えば空気量偏差に基づくＰＩＤ制御により実現される。
次いで、再生制御部５３は、触媒コンバータ３３に導入される空気（ＥＧＲ通路３０を通過する空気）の流量である触媒導入空気量を算出する（ステップＳ４７）。具体的に、再生制御部５３は、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力に基づいて共通吸気管１３を流れる空気の流量を推定するとともに、この推定した流量から、エアフローセンサＳＮ３により検出されるサージタンク１２内の流量を減じた値を、触媒導入空気量として特定する。
次いで、再生制御部５３は、再生用インジェクタ３４からの噴射燃料により形成される混合気の当量比である触媒導入当量比を決定する（ステップＳ４８）。すなわち、再生用インジェクタ３４から第２ＥＧＲ通路部３０ｂに噴射された燃料は、第２ＥＧＲ通路部３０ｂを吸気側から排気側へと流れる空気と混じり合いながら触媒コンバータ３３に導入される。再生制御部５３は、このように触媒コンバータ３３に導入される燃料と空気との混合気の当量比を、触媒導入当量比として決定する。なお、当量比とは、混合気中の燃料の濃度を表す指標であり、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）を実際の空燃比で割った値のことである。当量比が１であることは、混合気の空燃比が理論空燃比であることを意味し、当量比が０であることは、混合気に燃料が含まれていない（噴射量ゼロ）であることを意味する。
図１２に示すように、触媒導入当量比は、改質触媒４１の温度に応じて可変的に設定される。具体的に、触媒導入当量比は、改質触媒４１の温度が第１温度Ｔ１以下であるときは一律に１に設定され、改質触媒４１の温度が第１温度Ｔ１よりも高い第２温度Ｔ２以上であるときは一律に０に設定される。また、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの温度範囲では、触媒導入当量比は０超１未満の範囲で温度が低いほど大きくなるように設定される。なお、第１温度Ｔ１は５００℃の近傍に設定することができ、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１よりも５０℃程度高い値に設定することができる。上記ステップＳ４８において、再生制御部５３は、触媒温度センサＳＮ６により検出される改質触媒４１の温度を、図１２のグラフに対応するマップに適用することにより、触媒導入当量比を決定する。
触媒導入当量比が上記のような傾向で決定されるのは、改質触媒４１の温度をできるだけ活性温度（約５００℃）以上に保持するためである。すなわち、再生用インジェクタ３４からの噴射燃料に基づく混合気が吸気側（第２ＥＧＲ通路部３０ｂ）から触媒コンバータ３３に導入されると、当該混合気中の燃料が酸化触媒４２で酸化されて、当該酸化反応に伴う熱が発生する。この酸化触媒４２での反応熱は、当該酸化触媒４２に対し排気側（空気流の下流側）に隣接する改質触媒４１を加熱し、改質触媒４１を保温する効果をもたらす。この保温効果を利用して、改質触媒４１の温度をできるだけ活性温度以上に保持するには、当該活性温度に対する温度の増分が小さいほど酸化触媒４２での反応熱が大きくなるように構成すればよい。触媒導入当量比の上述した傾向（図１２）は、このような事情から設定されたものである。
次いで、再生制御部５３は、再生用インジェクタ３４から噴射すべき燃料の量である再生用燃料噴射量を決定する（ステップＳ４９）。具体的に、再生制御部５３は、再生用インジェクタ３４から噴射された燃料と第２ＥＧＲ通路部３０ｂを流通する空気とが混合されることにより、上記ステップＳ４８で決定された触媒導入当量比に一致する当量比の混合気が形成されるように、上記再生用燃料噴射量を決定する。
次いで、再生制御部５３は、エンジン本体１の各気筒２に各直噴インジェクタ３から噴射すべき燃料の量である直噴燃料量を決定する（ステップＳ５０）。具体的に、再生制御部５３は、各気筒２内の混合気の空燃比、つまり各直噴インジェクタ３から噴射された燃料と各気筒２に導入された空気との混合により形成される混合気の空燃比が理論空燃比もしくはその近傍に設定された目標空燃比に一致するように、上記直噴燃料量を決定する。
次いで、改質制御部５２は、上記ステップＳ４９，Ｓ５０で決定された各噴射量に従って再生用インジェクタ３４および直噴インジェクタ３に燃料を噴射させる（ステップＳ５１）。すなわち、改質制御部５２は、上記ステップＳ４９で決定された再生用燃料噴射量に相当する量の燃料が再生用インジェクタ３４から噴射されるように同インジェクタ３４を制御するとともに、上記ステップＳ５０で決定された直噴燃料量に相当する量の燃料が直噴インジェクタ３から噴射されるように同インジェクタ３を制御する。
次に、図４に示すメインのフローチャートに戻って、上記触媒再生制御に続けて実行される制御の内容について説明する。上記触媒再生制御のステップＳ５１（図６）の実行後、主制御部５１は、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力から排気圧センサＳＮ４による検出圧力を減じた値である再生時差圧を算出する（ステップＳ１７）。すなわち、触媒再生制御では、ＥＧＲ通路３０を吸気側から排気側に（通常とは逆向きに）空気が流れるので、触媒コンバータ３３で生じる圧損は、触媒コンバータ３３の吸気側（第２ＥＧＲ通路部３０ｂ）を流れる空気の圧力から、触媒コンバータ３３の排気側（第１ＥＧＲ通路部３０ａ）を流れる空気の圧力を減じた値に相当する。そこで、上記ステップＳ１７では、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力（≒第２ＥＧＲ通路部３０ｂの吸気側の端部の圧力）から、排気圧センサＳＮ４による検出圧力（≒第１ＥＧＲ通路部３０ａの排気側の端部の圧力）を減じ、これを再生時差圧として算出する。
次いで、主制御部５１は、上記ステップＳ１７で算出された再生時差圧が、上述した図７のマップに基づき設定される閾値Ｄｘ（上記ステップＳ８参照）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１８）。
上記ステップＳ１８でＹＥＳと判定されて触媒コンバータ３３の前後差圧が閾値Ｄｘより小さいことが確認された場合、主制御部５１は、Ｏ２センサＳＮ５により検出される排気ガス中の酸素濃度に基づいて、触媒コンバータ３３を通過した後の空気に含まれる酸素量である触媒通過後酸素量を算出する（ステップＳ１９）。ここでいう触媒通過後酸素量とは、触媒再生制御によりＥＧＲ通路３０に吸気側から導入された空気が触媒コンバータ３３を通過した後の時点で含有する酸素の量、より詳しくは、ＥＧＲ通路３０における触媒コンバータ３３よりも排気側の部分（つまり第１ＥＧＲ通路部３０ａ）を単位時間あたりに流れる酸素の質量のことである。ここで、当実施形態では、エンジン本体１（各気筒２）において略理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼が実行されるので、エンジン本体１から排出される排気ガスには基本的に酸素が含まれない。このため、Ｏ２センサＳＮ５により検出される酸素濃度は、実質的に、第１ＥＧＲ通路部３０ａから排気通路２０に導出される空気中の酸素のみに由来するといえる。言い換えると、第１ＥＧＲ通路部３０ａを単位時間あたりに流れる酸素の質量つまり触媒通過後酸素量は、Ｏ２センサＳＮ５の設置位置（つまり排気通路２０のうち第１ＥＧＲ通路部３０ａと排気通路２０との接続部よりも下流側の部分）を単位時間あたりに流れる酸素の質量と実質的に同一である。また、Ｏ２センサＳＮ５の設置位置を流れるガスの質量流量は、共通吸気管１３を流れる空気の質量流量と、エンジン本体１に単位時間あたりに供給される燃料の質量との合計に相当する。このことから、主制御部５１は、下式（１）を用いて触媒通過後酸素量を算出する。
Ｍｏ＝Ｏｓ×（Ｍａ＋Ｍｆ） ‥‥（１）
ここに、Ｍｏは触媒通過後酸素量（ｋｇ／ｓ）、ＯｓはＯ２センサＳＮ５により検出される酸素濃度（質量％）、Ｍａは吸気圧センサＳＮ２の検出値から推定される共通吸気管１３内の空気の質量流量（ｋｇ／ｓ）、Ｍｆはエンジン本体１に単位時間あたりに供給される燃料の質量（ｋｇ／ｓ）である。
次いで、主制御部５１は、後述するステップＳ２１において触媒通過後酸素量と比較される閾値Ｑｘを設定する（ステップＳ２０）。この閾値Ｑｘは、第１ＥＧＲ通路部３０ａを通過する空気中に標準濃度（大気中に標準的に存在する酸素の濃度）に近い所定濃度（例えば２０％）の酸素が含まれていた場合に当該第１ＥＧＲ通路部３０ａを単位時間あたりに通過する酸素の質量に相当する値に設定される。すなわち、主制御部５１は、第１ＥＧＲ通路部３０ａを通過する空気の質量流量、つまり上記ステップＳ４７（図６）で算出された触媒導入空気量（ｋｇ／ｓ）に、上記所定濃度を掛けた値を、閾値Ｑｘとして決定する。
次いで、主制御部５１は、上記ステップＳ１９で算出された触媒通過後酸素量が、上記ステップＳ２０で設定された閾値Ｑｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。
上記ステップＳ２１および上記ステップＳ１８のいずれかの判定がＮＯであった場合、つまり触媒コンバータ３３の再生時差圧が閾値Ｄｘ以上であるか、または触媒通過後酸素量が閾値Ｑｘ以下であった場合、改質制御部５２は、上述した触媒再生制御（図３のＳ１５もしくは図６）を継続する。
一方、上記ステップＳ２１での判定がＹＥＳであった場合、主制御部５１は、目詰まり判定フラグＦ１に「０」を入力する（ステップＳ２２）。すなわち、上記ステップＳ２１での判定がＹＥＳである（その前提として上記ステップＳ１８での判定もＹＥＳである）ということは、触媒コンバータ３３の前後差圧が閾値Ｄｘ未満であり、かつ触媒通過後酸素量が閾値Ｑｘを超えていること（換言すれば改質触媒４１での酸素の消費量が減っていること）を意味する。これらの事象は、いずれも、改質触媒４１内の堆積物が少ないと推定できる根拠になる。そこで、主制御部５１は、上記ステップＳ２２にて目詰まり判定フラグＦ１＝０とし、改質触媒４１内の堆積物の量が許容レベル以下であることを記録する。この処理の後、フローは上述した燃料改質制御（図３のＳ１３もしくは図５）に移行する。
（４）作用
以上説明したとおり、上記実施形態では、ＥＧＲ通路３０の途中部に改質触媒４１が設けられるとともに、このＥＧＲ通路３０における改質触媒４１よりも排気側の部分（第１ＥＧＲ通路部３０ａ）に改質用インジェクタ３２が設けられるので、改質用インジェクタ３２から噴射された炭化水素燃料（ガソリン含有燃料）をＥＧＲガスとともに改質触媒４１に導入することにより、当該燃料を改質して水素（Ｈ２）を含む成分を生成することができる。水素を含む改質後の燃料は、改質前の燃料（炭化水素燃料）に比べて、燃焼速度が速く、かつ単位質量あたりの熱発生量が多くなる。このことは、同一の出力トルクを発生させるのに必要な燃料の総量を少なくする効果をもたらす。しかも、改質触媒４１での改質反応は吸熱反応であるから、水素の生成にあたってＥＧＲガス（排気ガス）の熱が利用されたことになり、エンジンからの排出熱を出力に還元する効果（排熱回収効果）が得られる。以上により、エンジンの燃費性能を効果的に向上させることができる。
ただし、改質触媒４１による燃料の改質が継続されると、改質触媒４１の内部に固形カーボン等の堆積物が多く堆積し、これによって改質触媒４１の性能が有意に低下することが懸念される。これに対し、上記実施形態では、改質用インジェクタ３２から噴射された燃料を改質触媒４１で改質する上記の制御、つまり燃料改質制御（図３のＳ１３もしくは図５）の実行中に、改質触媒４１を含む触媒コンバータ３３の前後差圧と、改質触媒４１による燃料改質率とがそれぞれ調べられるとともに、前後差圧が閾値Ｄｘよりも大きいという条件（第１の条件）と、燃料改質率が閾値Ｒｘよりも小さいという条件（第２の条件）との双方が成立した場合に、改質触媒４１内の堆積物を減少させる触媒再生制御（図３のＳ１５もしくは図６）が実行される。このような構成によれば、堆積物を原因とした改質触媒４１の性能低下を精度よく判定することができ、その判定に基づいた適切なタイミングで触媒再生制御を実行できるという利点がある。
改質触媒４１を含む触媒コンバータ３３の前後差圧、つまり排気圧センサＳＮ４により検出される第１ＥＧＲ通路部３０ａの圧力から吸気圧センサＳＮ２により検出される第２ＥＧＲ通路部３０ｂの圧力を減じた圧力差が、閾値Ｄｘよりも大きいことは、改質触媒４１に堆積する固形カーボン等の堆積物が多いことを推定させる一要因ということができる。ただし、前後差圧が閾値Ｄｘを超えたことが、直ちに改質触媒４１の有意な性能低下に結びつくわけではない。このことを図１５を用いて説明する。図１５は、改質触媒４１の断面の一部を拡大して示す図であり、六角形の各要素が改質触媒４１のモノリス担体の各セルを表している。改質触媒４１の内部に堆積物が堆積する場合、図１５（ａ）のように各セル壁に堆積物が比較的分散して堆積するときもあれば、図１５（ｂ）のように各セルの内壁の一部に集中的に堆積物が堆積するときもある。堆積部の集中的な堆積（図１５（ｂ）参照）が生じた場合には、堆積物の分散的な堆積（図１５（ａ）参照）が生じた場合に比べて、セル壁からの堆積物の突出量が大きい分、改質触媒４１の前後差圧は大きくなる。一方で、堆積物がセル壁を覆う面積は少ないため、改質触媒４１の性能低下の程度は小さくなる。このように、改質触媒４１の前後差圧の大きさは、改質触媒４１の性能低下度合いに必ずしも比例的に連動するわけではない。したがって、前後差圧の大きさのみに基づいて触媒再生制御の要否を判定したのでは、改質触媒４１の性能が実際にはそれほど低下していないにもかかわらず触媒再生制御が実行される可能性がある。触媒再生制御の間は燃料改質による燃費改善効果が得られないので、改質触媒４１の性能低下度合いが小さい状況での触媒再生制御の実行は、燃費改善効果の減殺につながり、好ましくない。
一方で、燃料改質率（改質用インジェクタ３２から噴射された噴射のうち改質触媒４１で改質される燃料の割合）の変化は、改質触媒４１の性能の変化を比較的よく表していると考えられる。そこで、燃料の改質により生成される水素の濃度を水素センサＳＮ７により検出し、検出した水素濃度から推定される燃料改質率に基づいて触媒再生制御の要否を判定することが考えられる。しかしながら、燃料改質率は改質触媒４１の経年劣化によっても低下するので、単に燃料改質率のみに基づいて触媒再生制御の要否を判定したのでは、特に改質触媒４１の使用年数が嵩んだ状況において、堆積物の堆積量が少ないにもかかわらず触媒再生制御が実行される可能性が高くなる。このことも、燃費改善効果の減殺につながり、好ましくない。
これに対し、上記実施形態では、前後差圧が閾値Ｄｘよりも大きいという条件と燃料改質率が閾値Ｒｘよりも小さいという条件との双方が成立した場合にはじめて触媒再生制御が必要と判定されるので、堆積物をあえて減少させる必要性が薄い状況で無用に触媒再生制御が行われるのを回避でき、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。すなわち、上記実施形態によれば、（経年劣化ではなく）堆積物の増大によって改質触媒４１の性能が低下したことを精度よく判定できるとともに、当該判定に基づいた適切なタイミングで触媒再生制御を実行することができる。これにより、触媒再生制御の実行頻度が必要最小限に留められるので、改質触媒４１を用いた燃料の改質による燃費改善効果を十分に発揮させることができる。
また、上記実施形態では、触媒再生制御が必要と判定された場合に、排気タービン装置２５のモータジェネレータ２８をモータとして作動させて排気通路２０内のインペラ２７が高速回転させる制御が触媒再生制御として実行されるので、排気通路２０内の排気ガスをインペラ２７によって吸い込んで下流側に送り出すことにより、吸気通路１０からＥＧＲ通路３０を通って排気通路２０へと至る（つまりＥＧＲ通路３０を逆流する）空気流を生成することができる。これにより、当該空気流に含まれる酸素を改質触媒４１内の堆積物と反応させて当該堆積部を燃焼除去することができ、改質触媒４１の速やかな再生を図ることができる。
一方、触媒再生制御が不要なときは、モータジェネレータ２８を発電機として作動させることにより、排気ガスのエネルギーの一部を電力として回収することができる。このことは、改質触媒４１での吸熱反応による燃料改質の効果（燃焼性の改善）と相俟って、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高める。これにより、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。
また、上記実施形態では、触媒再生制御の実行中に、吸気圧センサＳＮ２による検出圧力（第２ＥＧＲ通路部３０ｂの圧力）から排気圧センサＳＮ４による検出圧力（第１ＥＧＲ通路部３０ａの圧力）を減じた値が、改質触媒４１の再生時差圧として算出されるとともに、Ｏ２センサＳＮ５により検出される排気ガス中の酸素濃度に基づいて、改質触媒４１を通過した後の空気に含まれる酸素の量である触媒通過後酸素量が算出される。そして、再生時差圧が閾値Ｄｘより小さく、かつ触媒通過後酸素量が閾値Ｑｘよりも大きいことが確認された場合に、触媒再生制御が終了される。このような構成によれば、改質触媒４１内の堆積物が十分に減少したタイミングで適切に触媒再生制御を終了させることができるという利点がある。
すなわち、触媒再生制御によって改質触媒４１内の堆積物が十分に減少した場合には、再生時差圧が減少する現象に加えて、触媒通過後酸素量が増大する現象が見られるはずである。これは、改質触媒４１内の堆積物が減少すると、堆積物の燃焼のために消費される酸素の量が減るからである。上記実施形態では、再生時差圧が閾値Ｄｘ未満になりかつ触媒通過後酸素量が閾値Ｑｘを超えたときにはじめて触媒再生制御が終了されるので、改質触媒４１内の堆積物が十分に減少した適切なタイミングで触媒再生制御を終了させることができる。
（５）変形例
上記実施形態では、触媒再生制御の実行条件の１つ（第２の条件）として、水素センサＳＮ７により検出された水素濃度から燃料改質率を推定し、この推定した燃料改質率が閾値Ｒｘよりも小さいか否かを判定するようにしたが、これに代えて、水素センサＳＮ７により検出された水素濃度を直接閾値と比較してもよい。すなわち、水素センサＳＮ７により検出された水素濃度が所定の閾値よりも低いという条件を上記第２の条件として設定してもよい。このときの水素濃度の閾値は、例えば、次のように設定することができる。まず、改質触媒４１の性能が良好であった場合に期待される水素濃度（これを最大水素濃度という）を、改質用インジェクタ３２からの燃料噴射量やＥＧＲガス流量等に基づき算出する。そして、この算出した最大水素濃度から一定程度低い値を上記水素濃度の閾値として設定する。このような方法も、水素センサＳＮ７により検出された水素が所定レベルよりも少ないことを判定しているという意味において、上記実施形態の方法（水素濃度から燃料改質率を算出した上でこれを閾値と比較する方法）と等価である。言い換えると、上記第２の条件は、検出された水素が所定レベルよりも少ないことを表す条件であればよく、その範疇において適宜の条件を設定することが可能である。
上記実施形態では、インペラ２７およびモータジェネレータ２８を含む排気タービン装置２５を排気通路２０に設け、触媒再生制御の実行時にモータジェネレータ２８をモータ駆動してインペラ２７を回転させることにより、吸気通路１０からＥＧＲ通路３０を通って排気通路２０に至る空気流を形成するようにしたが、当該空気流の形成のために排気通路２０に設けられる装置は、少なくとも、排気通路２０内の排気ガスを吸い込んで下流側に送り出すことが可能な装置（吸引装置）であればよい。例えば、吸引装置として、インペラの回転駆動のみが可能なモータと、当該モータに連結されたインペラとを備えた装置（いわゆる送気コンプレッサ）を排気通路に設けてもよい。
上記実施形態では、排気通路２０（共通排気管２３）のうちＥＧＲ通路３０と排気通路２０との接続部よりも下流側の部分にＯ２センサＳＮ５（酸素センサ）を設け、当該Ｏ２センサＳＮ５により検出される酸素濃度等に基づいて触媒再生制御の終了タイミングを決定するようにしたが、当該タイミングの決定のために検出が必要な酸素濃度は、少なくとも触媒コンバータ３３（改質触媒４１）を通過した後の空気に含まれる酸素の濃度であればよい。このため、同様のＯ２センサを、ＥＧＲ通路３０における触媒コンバータ３３よりも排気側の部分（つまり第１ＥＧＲ通路部３０ａ）に設けてもよい。
上記実施形態では、吸気通路１０（共通吸気管１３）に設けられた吸気圧センサＳＮ２と、排気通路２０（共通排気管２３）に設けられた排気圧センサＳＮ４とを用いて、燃料改質制御の実行中に触媒コンバータ３３の前後差圧（排気圧センサＳＮ４による検出圧力から吸気圧センサＳＮ２による検出圧力を減じた値）を算出するとともに、触媒再生制御の実行中に再生時差圧（吸気圧センサＳＮ２による検出圧力から排気圧センサＳＮ４による検出圧力を減じた値）を算出するようにしたが、各差圧を特定するための方法はこれに限られない。例えば、触媒コンバータ３３に導入される直前のガスの圧力と触媒コンバータ３３から導出された直後のガスの圧力との差（第１ＥＧＲ通路部３０ａの圧力と第２ＥＧＲ通路部３０ｂの圧力との差）を直接的に検出するセンサを用いて、上記各差圧をそれぞれ特定するようにしてもよい。
１ ：エンジン本体
１０ ：吸気通路
２０ ：排気通路
２５ ：排気タービン装置（吸引装置）
２７ ：インペラ
２８ ：モータジェネレータ
３０ ：ＥＧＲ通路
３０ａ ：第１ＥＧＲ通路部（導入通路）
３０ｂ ：第２ＥＧＲ通路部（導出通路）
３２ ：改質用インジェクタ
４１ ：改質触媒
５１ ：主制御部（判定部）
５３ ：再生制御部（制御部）
ＳＮ２ ：吸気圧センサ（差圧検出部の一要素）
ＳＮ４ ：排気圧センサ（差圧検出部の一要素）
ＳＮ５ ：Ｏ２センサ（酸素センサ）
ＳＮ７ ：水素センサ

Claims (4)

  1. エンジンに供される炭化水素燃料を改質する燃料改質システムであって、
    前記燃料を改質して水素を生成可能な改質触媒と、
    前記改質触媒に導入されるガスが流通する導入通路と、
    前記改質触媒から導出されたガスが流通する導出通路と、
    前記導入通路の圧力から前記導出通路の圧力を減じた前後差圧を検出する差圧検出部と、
    前記導入通路に設けられ、当該導入通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、
    前記導出通路に設けられ、当該導出通路内のガスに含まれる水素を検出する水素センサと、
    前記改質触媒の内部に堆積している堆積物を減少させる触媒再生制御の要否を判定する判定部とを備え、
    前記判定部は、前記差圧検出部により検出された前後差圧が所定の閾値よりも大きいという第１の条件と、前記水素センサにより検出された水素が所定レベルよりも少ないという第２の条件とがともに成立した場合に、前記触媒再生制御が必要であると判定し、
    前記判定部は、前記水素センサによる検出値と、前記改質用インジェクタにより噴射された燃料量とに基づいて、前記改質触媒による燃料の改質率を算出し、算出した改質率が所定値よりも小さい場合に、前記第２の条件が成立したと判定する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。
  2. 炭化水素燃料の燃焼が行われるエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、を備えたエンジンに供される前記燃料を改質する燃料改質システムであって、
    前記ＥＧＲ通路の途中部に設けられ、前記燃料を改質して水素を生成可能な改質触媒と、
    前記ＥＧＲ通路における前記改質触媒よりも排気側の部分からなり、前記改質触媒に導入されるガスが流通する第１ＥＧＲ通路部と、
    前記ＥＧＲ通路における前記改質触媒よりも吸気側の部分からなり、前記改質触媒から導出されたガスが流通する第２ＥＧＲ通路部と、
    前記第１ＥＧＲ通路部の圧力から前記第２ＥＧＲ通路部の圧力を減じた前後差圧を検出する差圧検出部と、
    前記第１ＥＧＲ通路部に設けられ、当該第１ＥＧＲ通路部に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、
    前記第２ＥＧＲ通路部に設けられ、当該第２ＥＧＲ通路部内のガスに含まれる水素を検出する水素センサと、
    前記改質触媒の内部に堆積している堆積物を減少させる触媒再生制御の要否を判定する判定部と、
    前記排気通路内の排気ガスを吸い込んで下流側に送り出す吸引装置と、
    前記判定部により前記触媒再生制御が必要と判定された場合に、当該触媒再生制御として、前記吸気通路から前記ＥＧＲ通路を通って前記排気通路へと至る空気流が生成されるように前記吸引装置を作動させる制御部とを備え、
    前記判定部は、前記差圧検出部により検出された前後差圧が所定の閾値よりも大きいという第１の条件と、前記水素センサにより検出された水素が所定レベルよりも少ないという第２の条件とがともに成立した場合に、前記触媒再生制御が必要であると判定する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。
  3. 請求項２に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
    前記吸引装置は、前記排気通路に設けられたインペラと、インペラに連結されたモータジェネレータとを備え、
    前記モータジェネレータは、前記インペラを回転させるモータとしての作動と、前記インペラの回転エネルギーを電力に変換する発電機としての作動が可能であり、
    前記制御部は、前記触媒再生制御として、前記モータジェネレータをモータとして作動させて前記インペラを回転させることにより、前記空気流を生成する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。
  4. 請求項２または３に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
    前記排気通路のうち前記第１ＥＧＲ通路部と前記排気通路との接続部よりも下流側の部分、または前記第１ＥＧＲ通路部に設けられた酸素センサをさらに備え、
    前記差圧検出部は、前記触媒再生制御の実行中に、前記第２ＥＧＲ通路部の圧力から前記第１ＥＧＲ通路部の圧力を減じた値である再生時差圧を検出可能であり、
    前記判定部は、前記触媒再生制御を終了するタイミングを、前記差圧検出部により検出される前記再生時差圧と、前記酸素センサにより検出される酸素濃度とに基づき決定する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。
JP2020151508A 2020-09-09 2020-09-09 エンジンの燃料改質システム Active JP7476737B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020151508A JP7476737B2 (ja) 2020-09-09 2020-09-09 エンジンの燃料改質システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020151508A JP7476737B2 (ja) 2020-09-09 2020-09-09 エンジンの燃料改質システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022045750A JP2022045750A (ja) 2022-03-22
JP7476737B2 true JP7476737B2 (ja) 2024-05-01

Family

ID=80774595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020151508A Active JP7476737B2 (ja) 2020-09-09 2020-09-09 エンジンの燃料改質システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7476737B2 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000297706A (ja) 1999-04-13 2000-10-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置付き内燃機関
JP2010144604A (ja) 2008-12-18 2010-07-01 Toyota Motor Corp 排気ガス改質システム
JP2015166592A (ja) 2014-02-17 2015-09-24 株式会社デンソー 内燃機関の燃料改質装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000297706A (ja) 1999-04-13 2000-10-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置付き内燃機関
JP2010144604A (ja) 2008-12-18 2010-07-01 Toyota Motor Corp 排気ガス改質システム
JP2015166592A (ja) 2014-02-17 2015-09-24 株式会社デンソー 内燃機関の燃料改質装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022045750A (ja) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8875494B2 (en) Fuel control for spark ignited engine having a particulate filter system
JP5472318B2 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP5149988B2 (ja) プラントの制御装置
US20110072783A1 (en) System and method for regenerating a particulate filter accompanied by a catalyst
US20110073070A1 (en) Method for controlling spark for particulate filter regenerating
US20110073088A1 (en) Method for controlling fuel of a spark ignited engine while regenerating a particulate filter
JP4544011B2 (ja) 内燃機関排気浄化装置
JP4211611B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5287794B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5284228B2 (ja) 排気浄化装置
JP7476737B2 (ja) エンジンの燃料改質システム
JP4232822B2 (ja) フィルタ上下流の差圧算出装置及び同フィルタにおける粒子状物質の堆積量推定装置
JP5370252B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4341460B2 (ja) 内燃機関用排気ガス浄化装置
JP2005090274A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP7452339B2 (ja) エンジンの燃料改質システム
JP7400670B2 (ja) エンジンの燃料改質システム
JP2006002672A (ja) パティキュレート堆積量推定方法及びパティキュレートフィルタ再生処理装置
JP7484497B2 (ja) エンジンの燃料改質システム
JP7435315B2 (ja) エンジンの燃料改質システム
JP2019052578A (ja) エンジンの排気浄化装置
JP2019173741A (ja) 排ガス浄化再生装置
JP5815296B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4438588B2 (ja) ディーゼルエンジン
JP2011001833A (ja) 触媒異常診断装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230314

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240319

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7476737

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150