(57)【要約】【課題】広範囲の運転領域にわたり安定して運転できる予混合圧縮着火燃焼方式の内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置１００には、主燃料を供給する主燃料供給系２０と、主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを生成して予混合ガスとして供給するガス生成供給系３０と、を備えている。主燃料供給系２０は、燃料タンク２、低圧ポンプ３Ａ、高圧燃料供給系２１及び燃料インジェクタ２２を含んで構成される。ガス生成供給系３０は、主に、主燃料を改質して水素又は水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器３１、ガス圧縮機３３、蓄圧タンク３４、予混合ガス圧力調整弁３５、ヘッダ管３６、改質ガスを各気筒に噴射するガスインジェクタ３２と、を含んで構成されている。蓄圧タンク３４に貯められた予混合ガスは、圧力センサＳＰｇの信号にもとづいて所定の噴射圧力に減圧してから、ガスインジェクタ３２の噴射孔から吸気中に噴射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油又は軽油とその他の燃料との混合燃料を主燃料とし、燃焼室内でこの主燃料を圧縮着火させる内燃機関の制御装置において、
主燃料を前記内燃機関の各気筒に供給する主燃料供給手段と、
前記主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを予混合ガスとして生成するガス生成手段と、
前記予混合ガスを前記内燃機関に供給するガス供給手段と、
前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、前記主燃料供給手段による主燃料の各気筒への供給時期及び供給期間を制御する主燃料供給制御手段と、
前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、前記ガス供給手段による前記予混合ガスの各気筒への供給時期及び供給期間を制御するガス供給制御手段と、
を備え、
前記ガス供給手段は、
前記生成された予混合ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記圧縮された前記予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクの前記予混合ガスを、前記内燃機関の各気筒に向けて分岐したガス供給管を通じて供給されて噴射するガス噴射弁と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ガス供給手段は、更に、
前記蓄圧タンクから前記ガス噴射弁までの間を連通する前記ガス供給管に、前記予混合ガス圧を調整する予混合ガス圧力調整弁と、前記予混合ガス圧を検出する予混合ガス圧力センサとをこの順に配置して有し、
前記ガス供給制御手段は、前記予混合ガス圧力センサにより検出された予混合ガス圧にもとづいて前記ガス噴射弁に供給する前記予混合ガス圧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制御装置。
【請求項３】
ガス供給制御手段は、前記予混合ガスの前記供給期間の算出を、前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量にもとづいて算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ガス供給制御手段は、
前記蓄圧タンクより下流側の予混合ガス圧を前記予混合ガス圧力センサで検出するとともに、水素ガスセンサで水素濃度を検出し、
前記予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量が、吸入空気量に対する水素濃度で所定の濃度範囲となるように制御する水素濃度制御手段を有し、
前記水素濃度制御手段により制御された前記要求予混合ガス量にもとづいて前記予混合ガスの前記供給期間の算出をすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ガス供給制御手段は、吸気弁が開状態で、排気弁が閉状態である、バックファイアを起こさないタイミングを検出し、この期間内に前記予混合ガスを各気筒の吸気に噴射することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ガス供給制御手段は、前記蓄圧タンクの圧力を、少なくともエンジン回転速度に応じて予め設定された圧力に制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記主燃料供給手段は、燃料ポンプによって送り出された前記主燃料を蓄圧状態に貯留する燃料蓄圧部、該燃料蓄圧部から内燃機関の各気筒に向けて分岐した燃料供給管を通じて供給される前記主燃料を前記内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射弁、を有し、
前記主燃料供給制御手段によって前記燃料噴射弁からの主燃料の噴射圧と、前記供給時期及び供給期間に対応する噴射時期と噴射期間が制御されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記ガス生成手段は、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法のうちの１つの改質反応により、水素を含むガスを生成することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記ガス生成手段による主燃料の改質反応は、燃焼排出ガス、空気、酸素富化空気、窒素富化空気、酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれかの雰囲気下で行われることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に広範囲の運転領域にわたり安定して運転できる予混合圧縮着火燃焼方式（ＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）燃焼方式）の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンに用いられる拡散燃焼方式は、燃料室内に取り込んだ空気を圧縮し、この圧縮された空気に燃料を噴射し、自己着火によって燃焼させる。このようなディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比較して熱効率が良い反面、燃焼室内における不均一な噴霧燃料の分布に起因して混合気濃度の不均一性が高く、その燃焼は噴霧火炎の燃焼領域と空気領域が分かれている。その結果、燃焼温度の不均一性も高くなっている。これは、燃料の濃すぎる領域や高温の領域が存在することになり、ＮＯｘやパティキュレートマター（以下、「ＰＭ（Particulate Matter）」という）の発生し易い領域が燃焼室内に混在しているということを意味する。このため、ＮＯｘとＰＭを同時に低減することが困難であり、これらの排出量が多くなり、排気の後処理システムに掛かる負担が大きいという課題があった。
【０００３】
この点に鑑みて、近年では、燃費を確保しつつＮＯｘ及びＰＭの排出量を大幅に低減することを目的として予混合による燃焼改良が注目されている。予混合によるディーゼルエンジンの燃焼改良には、均質予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼）と予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＣＩ燃焼）の２種類が考えられている。
ＨＣＣＩ燃焼とは、ガソリンエンジンのように吸気管で空気と燃料を均一に混合させて燃焼室に送り込み、燃焼は圧縮自己着火でさせるという考え方である。
【０００４】
ＨＣＣＩ燃焼方式では、吸気行程で吸気ポートに燃料を噴射し、均一な混合気にしてから燃焼室に導入する。したがって、燃料と空気が十分に混ざるので混合気全体がリーンで、ディーゼルエンジンのような理論混合比付近の空燃比は存在せず、燃焼温度は低くなる。したがって、ＮＯｘはほとんど発生しないが、燃焼室内の全ての燃料を燃焼させるのは難しく、気筒壁面に付着した燃料は燃焼することなく排出されて、結果的にＨＣ（炭化水素）排出が増加する。また、着火時期の制御が難しく、圧縮する気筒内の温度に依存するため熱効率が低下する。
【０００５】
これに対し、ＰＣＣＩ燃焼は、通常のディーゼルエンジンと同様に圧縮行程で燃料を気筒内に噴射して予混合させるという考え方である。従来のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミングがクランク角度で、上死点前１０°くらいからであるものを、ＰＣＣＩ燃焼では燃料と吸気との混合時間よりも乱流混合速度の増加に主眼を置き、上死点後に燃料噴射を行い、燃料噴射が終了してから着火させることを狙う。
着火時期は、従来のディーゼルエンジンよりも１０〜１５°遅れることで、ある程度希薄化した予混合気を圧縮着火させ、低温でＮＯｘの発生が無く、且つ、ＰＭの少ない燃焼となる。
【０００６】
図２０は、局所温度と局所当量比に対するＰＭの生成領域とＮＯｘの生成領域を示す図である。図２０に示すように、局所当量比が高い（燃料が過濃な）部分では酸素不足によりＰＭが生成され、局所当量比が低く且つ局所温度が高い部分ではＮＯｘが生成される。
破線Ｙに示すように、従来の拡散燃焼では、不均一な噴霧燃料を圧縮着火させることで、ＰＭの生成領域及びＮＯｘの生成領域の両方にわたって燃焼する。一方、実線Ｘで示すように、ＰＣＣＩ燃焼は、希薄化した予混合気を圧縮着火することで、従来の拡散燃焼に対して燃料の過濃な領域や高温の領域が少なく、ＰＭ及びＮＯｘの生成量を低減することができる。
【０００７】
このようなＰＣＣＩ燃焼方式のエンジンにおいては、近年ではさまざまな研究がなされている。例えば、特許文献１，２では、燃料効率の向上及び未燃のＨＣやＣＯ（一酸化炭素）等の低減による排気のエミッションを更に向上することを目的として、第１燃料を吸気に混合して予混合気を供給する混合デバイスと、第２燃料を燃焼室内に直接噴射する直接燃料インジェクタとを備えるものが記載されている。このエンジンでは、燃焼室内で予混合気が着火した後に、燃焼室内に第２燃料を直接噴射する。また、この特許文献１，２では、第１燃料及び第２燃料として、天然ガス、ガソリン、軽油、ナフサ、及びプロパンガス等の燃料を組み合わせたものが示されている。
【特許文献１】特表２００３−５３２８２８号公報
【特許文献２】特表２００３−５３２８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記した特許文献１，２に記載された従来のＰＣＣＩ燃焼方式の内燃機関では、中高負荷領域において急激な燃焼になるため、騒音及び振動が大きくなるという課題がある。
この課題に対して、高セタン価燃料を用いたり、燃料の噴射時期を内燃機関の標準時期よりも遅らせたりすることで、ある程度の改善ができるものの、燃料噴射時期を遅らせる手法では、燃費や、着火及び燃焼の安定性が大幅に悪化することも知られている。ＰＣＣＩ燃焼方式の内燃機関では、中高負荷運転領域において前記したような課題があるため、現状ではＰＣＣＩ燃焼方式は、低負荷領域のみに限定された燃焼方式である。
【０００９】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、広範囲の運転領域にわたり安定して運転できる予混合圧縮着火燃焼方式の内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軽油又は軽油とその他の燃料との混合燃料を主燃料とし、燃焼室内でこの主燃料を圧縮着火させる内燃機関の制御装置において、主燃料を内燃機関の各気筒に供給する主燃料供給手段と、主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを予混合ガスとして生成するガス生成手段と、予混合ガスを内燃機関に供給するガス供給手段と、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、主燃料供給手段による主燃料の各気筒への供給時期及び供給期間を制御する主燃料供給制御手段と、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、ガス供給手段による予混合ガスの各気筒への供給時期及び供給期間を制御するガス供給制御手段と、を備え、ガス供給手段は、生成された予混合ガスを圧縮するガス圧縮機と、圧縮された予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンクと、蓄圧タンクの予混合ガスを、内燃機関の各気筒に向けて分岐したガス供給管を通じて供給されて噴射するガス噴射弁と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明よれば、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、水素又は水素を含む改質ガスを予混合ガスとして供給時期及び供給期間を制御しつつ、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、主燃料の各気筒への供給時期及び供給期間を制御することにより主燃料を予混合圧縮着火燃焼させることができる。
特に、水素は、気筒の内壁に付着することは無く、又、水素の火炎の伝播速度は、比較的他の天然ガスやプロパンガスの火炎の伝播速度よりも速く、例えば、主燃料の供給時期を内燃機関の標準時期よりも遅延させた場合であっても、着火遅れを短縮しつつ燃焼を緩慢にし、又、騒音及び振動も低減できる。
【００１２】
したがって、前記のように中高負荷領域における燃焼を改善し、運転領域を拡大することができる。また、これらに加えて、未燃のＨＣやＣＯの排出量も低減することが可能となる。これにより、排気のエミッション及び主燃料の燃費を更に向上できる。
【００１３】
更に、ガス供給手段は、生成された予混合ガスを圧縮するガス圧縮機と、圧縮された予混合ガスを蓄圧する蓄圧タンクとを有し、蓄圧タンクの予混合ガスを内燃機関の各気筒に向けて分岐したガス供給管を通じて供給するので、内燃機関の始動直後においても、前回の内燃機関運転時にガス生成手段によって蓄圧タンク内に貯留された予混合ガスを利用して、内燃機関にガス噴射弁から予混合ガスを噴射できる。したがって、ガス生成手段が水素又は水素を含んだ改質ガスを生成開始するのに遅れ時間を要しても、蓄圧タンク内の予混合ガスを用いて内燃機関は起動時から予混合圧縮着火燃焼方式による運転を行え、内燃機関起動直後の排気ガスの後処理装置の機能が困難な低排気温度領域時に、期待される予混合圧縮着火燃焼方式で運転できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、ガス供給手段は、更に、蓄圧タンクからガス噴射弁までの間を連通するガス供給管に、予混合ガス圧を調整する予混合ガス圧力調整弁と、予混合ガス圧を検出する予混合ガス圧力センサとを、この順に配置して有し、ガス供給制御手段は、予混合ガス圧力センサにより検出された予混合ガス圧にもとづいてガス噴射弁に供給する予混合ガス圧を調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、蓄圧タンクより下流側の予混合ガス圧を検出する予混合ガス圧力センサと、検出された予混合ガス圧にもとづいてガス噴射弁に供給する予混合ガス圧を調整する予混合ガス圧力調整弁と、を有しているので、ガス供給制御手段は、例えば、エンジン回転速度やエンジン要求トルクの変動に対応して、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件に適した量の予混合ガスを気筒に噴射できるように予混合ガスをガス噴射弁に供給できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明の構成に加えて、ガス供給制御手段は、予混合ガスの供給期間の算出を、内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量にもとづいて算出することを特徴とする。
【００１７】
内燃機関の広い運転領域で予混合圧縮着火燃焼条件を維持するためには、エンジン回転速度やエンジン要求トルクの変動に対応して、吸入空気量に対して適切な水素濃度となるようにする必要がある。請求項３に記載の発明によれば、要求予混合ガス量にもとづいて、予混合ガスの供給期間が容易に算出でき、適切な水素濃度となるように制御できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、ガス供給制御手段は、蓄圧タンクより下流側の予混合ガス圧を予混合ガス圧力センサで検出するとともに、水素ガスセンサで水素濃度を検出し、予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量が、吸入空気量に対する水素濃度で所定の濃度範囲となるように制御する水素濃度制御手段を有し、水素濃度制御手段により制御された要求予混合ガス量にもとづいて予混合ガスの供給期間の算出をすることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、予混合ガスに含まれる水素濃度を検出することができるので、主燃料の成分変化に応じて適切な予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量が算出でき、予混合圧縮着火燃焼方式の運転が維持できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、ガス供給制御手段は、吸気弁が開状態で、排気弁が閉状態である、バックファイアを起こさないタイミングを検出し、この期間内に予混合ガスを各気筒の吸気に噴射することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、ガス供給制御手段は、吸気弁が開状態で、排気弁が閉状態である、バックファイアを起こさないタイミングを検出し、この期間内に予混合ガスを各気筒の吸気に噴射するので、気筒内に吸気とともに吸い込まれた水素がそのまま排気管から漏れ出して、バックファイアを生じたり、排気の後処理装置を損傷したりすることを防止できる。特に、水素濃度を４％以上にすると約６００℃以上で自己着火するのでバックファイアを生じる可能性が高く、前記したように予混合ガスの供給期間を制御することによって、確実にバックファイアを防止できる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、ガス供給制御手段は、蓄圧タンクの圧力を、少なくともエンジン回転速度に応じて予め設定された圧力に制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、例えば、エンジン回転速度が大きいほど予混合ガスの必要量が増加するので、ガス生成手段における予混合ガス生成量を増加するのみならず、ガス圧縮機の吐出圧をも高めて、蓄圧タンクの圧力を高めることにより、エンジン回転数が大のときにエンジントルクの要求量が増大したときにも、蓄圧タンクの予混合ガスがバッファーとして働き、所要の予混合ガスを気筒に供給することができる。特に、高回転速度程前記した吸気弁が開状態で、排気弁が閉状態である期間が短くなり、所定の予混合ガス量を供給するにはより予混合ガスの噴射圧を高める必要がある。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５に記載の発明の構成に加えて、主燃料供給手段は、燃料ポンプによって送り出された主燃料を蓄圧状態に貯留する燃料蓄圧部、該燃料蓄圧部から内燃機関の各気筒に向けて分岐した燃料供給管を通じて供給される主燃料を内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射弁、を有し、主燃料供給制御手段によって燃料噴射弁からの主燃料の噴射圧と、供給時期及び供給期間に対応する噴射時期と噴射期間が制御されることを特徴とする。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、燃料噴射弁及びガス噴射弁で主燃料及び予混合ガス（水素又は水素を含む改質ガス）を噴射することにより、これら主燃料及び予混合ガスの供給時期、供給期間を正確に制御することができる。その結果、予混合圧縮着火燃焼方式の内燃機関において安定した予混合圧縮着火燃焼を広い運転領域で維持できる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、ガス生成手段は、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法のうちの１つの改質反応により、水素を含むガスを生成することを特徴とする。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、ガス生成手段は、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法のうちの１つの改質反応により、水素を含むガスを生成することにより、安定して水素を生成することができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明の構成に加えて、ガス生成手段による主燃料の改質反応は、燃焼排出ガス、空気、酸素富化空気、窒素富化空気、酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれかの雰囲気下で行われることを特徴とする。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、空気、酸素富化空気、窒素富化空気、酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれかの雰囲気下における改質反応により、水素を含むガスを生成することにより、安定して水素を生成することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、広範囲の運転領域にわたり安定して運転できる予混合圧縮着火燃焼方式の内燃機関の制御装置を提供することができる。
特に、内燃機関起動時からガス生成手段における予混合ガスの生成遅れを生じても、それに関係なく、前回運転時に蓄圧タンク内に貯留した予混合ガスを用いて予混合圧縮着火燃焼を内燃機関の起動直後から実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置について図を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
《内燃機関の制御装置概略機能構成》
図１を参照して本実施形態における内燃機関の制御装置の概要について説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関の制御装置の概略機能構成図である。
内燃機関（以下、エンジンと称する）１は、気筒１１に形成された燃焼室１３内で、ピストン１２により圧縮した高温の吸気内に燃料を噴射して自己着火させるディーゼルエンジンである。ちなみに、エンジン１は、吸気弁１６、排気弁１７をシリンダヘッドに設けた４ストロークディーゼルエンジンである。
なお、図１には、エンジン１の複数の気筒１１のうち１つのみを代表的に図示している。このエンジン１の制御装置であるエンジン制御装置（内燃機関の制御装置）１００には、主燃料を供給する主燃料供給系（主燃料供給手段）２０と、主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを生成して予混合ガスとして供給するガス生成供給系３０と、を備えている。
【００３３】
主燃料供給系２０は、燃料タンク２、低圧ポンプ３Ａ、高圧燃料供給系２１及び燃料インジェクタ（燃料噴射弁）２２を含んで構成される。
ここで、主燃料としては、軽油又は軽油とその他の燃料との混合燃料等が用いられる。また、前記したその他の燃料としては、バイオ燃料や、天然ガスから合成した液体燃料であるＧＴＬ（Gas to Liquids）燃料等が用いられる。軽油及びＧＴＬ燃料には、アルカン類、アルケン類、アルキン類、芳香族化合物、アルコール類、アルデヒド類、エステル類等の炭化水素類が含まれる。また、バイオ燃料には、エタノール、脂肪酸メチルエステル等の炭化水素類が含まれる。
【００３４】
燃料インジェクタ２２は、エンジン１の各気筒１１に設けられ、高圧燃料供給系２１に含まれる高圧燃料供給管（燃料供給管）２５を経由して、その図示しない噴射孔から主燃料を燃焼室１３内に直接噴射する。この燃料インジェクタ２２は、エンジン電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）４０に電気的に接続されており、ＥＣＵ４０から出力される燃料噴射指令信号にもとづいてアクチュエータ２２ａが動作して主燃料を噴射する。
【００３５】
ガス生成供給系３０は、主に、低圧ポンプ３Ａで供給された主燃料を改質して水素又は水素を含む改質ガス（以下、「水素又は水素を含む改質ガス」を予混合ガスと称する）を生成する燃料改質器３１と、予混合ガスを圧縮するガス圧縮機３３と、圧縮された予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンク３４と、予混合ガス圧力調整弁３５とヘッダ管３６と、予混合ガス供給管（ガス供給管）３７と、予混合ガスを各気筒に噴射するガスインジェクタ（ガス噴射弁）３２とを含んで構成されている。
【００３６】
燃料改質器３１は、改質触媒を備え、空気、酸素富化空気、窒素富化空気、酸素、窒素、二酸化炭素、又は水蒸気の雰囲気下で、低圧ポンプ３Ａにより供給された主燃料を改質し、予混合ガスを生成し、この予混合ガスをガス圧縮機３３に供給する。
ここで、改質触媒における改質反応は、例えば、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法よりなる中から選ばれた１種の反応である。
【００３７】
燃料改質器３１の予混合ガス（改質ガス）生成の出力レベル及びガス圧縮機３３の出力は、ＥＣＵ４０に制御されて蓄圧タンク３４の圧力が、例えば、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度θｔｈに応じて予め設定された所定圧力になるように制御される。
ガス圧縮機３３で昇圧された予混合ガスは、蓄圧タンク３４に貯留され、蓄圧タンク３４の下流側に配置された予混合ガス圧力調整弁３５を経由してヘッダ管３６に至り、ヘッダ管３６から各気筒１１に分岐する予混合ガス供給管３７により前記ガスインジェクタ３２に供給される。
蓄圧タンク３４に貯められた予混合ガスは、ＥＣＵ４０に制御される予混合ガス圧力調整弁３５により、ヘッダ管３６に設けられた圧力センサ（予混合ガス圧力センサ）ＳＰｇの信号にもとづいて所定の噴射圧力に減圧してから、ヘッダ管３６から各気筒に分岐する予混合ガス供給管３７を経由し、各気筒１１の吸気管１４の吸気ポート近くに配置されたガスインジェクタ３２の図示しない噴射孔から吸気中に噴射される。
ガスインジェクタ３２は、ＥＣＵ４０から出力される予混合ガス噴射指令信号にもとづいてアクチュエータ３２ａが動作して予混合ガスを噴射する。
【００３８】
また、エンジン制御装置１００には、図示しないクランク軸の回転角度（クランク角度）を検出するクランク角度位置センサや、主燃料の燃料温度を検出する燃料温度センサＳＴ（図２参照）や、エンジン回転速度Ｎｅを検出する図示しないエンジン回転速度センサ、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度θｔｈ）を検出するアクセル開度センサ、エンジン１の吸気圧又は大気圧を検出する吸気圧センサ、吸気温度を検出する吸気温度センサ、エンジン冷却水の水温を検出する冷却水温度センサ、吸入空気量を検出する吸気量センサ等が設けられ、それらの電気信号がＥＣＵ４０に入力されている。
更に、前記した各種センサの他に、ガス生成供給系３０には、蓄圧タンク３４の圧力（蓄圧タンク圧力）Ｐａを検出する蓄圧タンク圧センサＳＰａ（図２参照）、前記ヘッダ管３６の圧力（ヘッダ圧力）Ｐｇを検出する圧力センサＳＰｇ（図２参照）、ヘッダ管３６の水素濃度ｖＨを検出する水素濃度センサＳＨ（図２参照）が設けられ、それらの電気信号がＥＣＵ４０に入力されている。
【００３９】
特に、排気管１５から排気される排気ガスの背圧により図示しない排気タービンを回転させて過給機（圧縮機）を駆動し、吸気を加圧するターボディーゼルエンジンの場合、吸気圧、吸気温度、吸気流量は主燃料の噴射量や予混合ガスの噴射量を算出する上で重要になる。自然吸気式のディーゼルエンジンの場合は、前記吸気圧として大気圧を用いることになる。
ちなみに、クランク角度位置センサは、特定の気筒の所定のクランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ４０に供給し、各気筒の圧縮行程の上死点位置のクランク角度をＥＣＵ４０が判別できるようにしている。これが、図１におけるＥＣＵ４０に供給される「気筒判別情報」のことである。
【００４０】
ここで、ＥＣＵ４０は、図示省略するがマイクロコンピュータ、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路、主燃料供給系２０及びガス生成供給系３０に制御信号を出力する出力回路やアクチュエータ２２ａ，３２ａを駆動するアクチュエータ駆動回路等を含む。
なお、低圧ポンプ３Ａや、高圧燃料供給系２１に含まれる高圧ポンプ３Ｂ（図２参照）やガス圧縮機３３を駆動する図示省略のモータの駆動回路を、ＥＣＵ４０が含んでも良いし、ＥＣＵ４０の外部に別個設けても良い。
【００４１】
ＥＣＵ４０は、これら入力回路、マイクロコンピュータ、出力回路、アクチュエータ駆動回路、モータの駆動回路等のハードウェアの構成により機能する主燃料供給系２０を制御する燃料供給制御部（主燃料供給制御手段）４１と、ガス生成供給系３０を制御する水素供給制御部（ガス供給制御手段）４２の機能ブロックを有する。
燃料供給制御部４１及び水素供給制御部４２の詳細については後記する。
【００４２】
次に、図２を参照しながら本実施形態のエンジン制御装置１００の詳細な構成を説明する。図２は、蓄圧式の燃料噴射装置を用いたエンジン制御装置の全体構成図である。
以下、図２にしたがって、各構成を詳細に説明する。
《主燃料供給系》
先ず、主燃料供給系２０について説明する。
本実施形態のエンジン制御装置１００の前記した主燃料供給系２０は、燃料タンク２と、ＥＣＵ４０の燃料供給制御部４１により電子制御されるモータ３ａによって駆動される低圧ポンプ３Ａ（フィードポンプとも呼ばれる）及びエンジン１のクランク軸から取り出された駆動力で機械的に駆動される高圧ポンプ３Ｂ（サプライポンプとも呼ばれる）と、この高圧ポンプ３Ｂから高圧の主燃料が供給されるコモンレール（燃料蓄圧部）４と、コモンレール４から各気筒１１に分岐した高圧燃料供給管（燃料供給管）２５を経由してエンジン１の燃焼室１３内に高圧の主燃料を噴射供給する燃料インジェクタ２２と、燃料供給制御部４１により電子制御される燃料インジェクタ２２に内蔵のアクチュエータ２２ａを含んで構成される。
ここで、低圧ポンプ３Ａ及び高圧ポンプ３Ｂは請求項に記載の「燃料ポンプ」に対応する。
【００４３】
ここで、ＥＣＵ４０の前記マイクロコンピュータは、前記した図示省略のクランク角度位置センサ、燃料温度センサＳＴ、コモンレール圧センサＳＰｃ、図示省略のエンジン回転速度センサ、アクセル開度センサ、吸気圧センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサ、吸気量センサ等の各センサから信号を用いて、最適な主燃料の噴射量及び噴射時期を演算してアクチュエータ２２ａを電子制御する。
【００４４】
低圧ポンプ３Ａ及びモータ３ａは、燃料タンク２内にフィルタ６０とともに組み込まれ、燃料タンク２から吸込み管６１により主燃料を吸引し、低圧燃料供給配管６２に吐出して高圧ポンプ３Ｂの吸い込み側及び燃料改質器３１に主燃料を供給する。
低圧ポンプ３Ａの吐出側と高圧ポンプ３Ｂの吸い込み側との間の低圧燃料供給配管６２にはストレーナ６４、逆止弁６９ａを内蔵した流量調整弁６９Ａが直列に配置されている。
ストレーナ６４には、図示省略の差圧センサが設けられ、その信号がＥＣＵ４０に入力されて、ＥＣＵ４０が低圧ポンプ３Ａやフィルタ６０やストレーナ６４の異常（低圧燃料供給量低）を検出できるようになっている。
低圧燃料供給配管６２のストレーナ６４と流量調整弁６９Ａとの中間から分岐した戻り配管６５が、調圧弁６７を経由して低圧ポンプ３Ａの過剰な主燃料の供給を燃料タンク２に戻すようになっている。
高圧ポンプ３Ｂには、吐出される燃料温度を検出する燃料温度センサＳＴが設けられ、その信号をＥＣＵ４０に出力している。
【００４５】
高圧ポンプ３Ｂから吐出配管６３に吐出された高圧の主燃料は比較的に高い圧力の高圧燃料を蓄圧するサージタンクの一種であるコモンレール４に蓄圧される。コモンレール４にはコモンレールの圧力Ｐｃ（以下、コモンレール圧力Ｐｃと称する）を検出するコモンレール圧センサＳＰｃが設けられ、その検出圧信号はＥＣＵ４０に出力され、ＥＣＵ４０が、コモンレール４と燃料タンク２とを接続する戻り配管７１の途中に配置された圧力調整弁７２によりコモンレール４の圧力を、車両の運転状態、例えば、エンジン回転速度Ｎｅに応じて、例えば、３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの所定の目標圧力に制御する。
【００４６】
また、コモンレール４から各気筒１１の燃料インジェクタ２２へは、コモンレール４から分岐した高圧燃料供給管２５が接続し、コモンレール４に蓄圧状態に貯留された主燃料を燃料インジェクタ２２に供給する。背圧式の燃料インジェクタ２２には、ドレーン通路２６が接続され、それらは戻り燃料配管７３に更に接続して、逆止弁７６ａとオリフィス７６を並列に接続した流量調整器を介して低圧ポンプ３Ａの吐出側の低圧燃料供給配管６２に接続している。
本実施形態の燃料インジェクタ２２の構造は、周知のものと同様であり、詳細な説明を省略する。
【００４７】
そして、ＥＣＵ４０の燃料供給制御部４１（図１参照）は、アクセル開度θｔｈにもとづいて要求トルクＴｑを算出し、要求トルクＴｑとエンジン回転速度Ｎｅにもとづいて、主燃料の噴射時期と噴射量を決定し、燃料インジェクタ２２のアクチュエータ２２ａを制御する。
このとき、燃料供給制御部４１は、予混合圧縮着火燃焼条件（以下、「ＰＣＣＩ燃焼条件」と称する）に適合するように、気筒判別情報とクランク角度にもとづいて、予めＥＣＵ４０のメモリに格納された、例えば、要求トルクＴｑとエンジン回転速度Ｎｅをパラメータとした主燃料噴射時期を参照して、各気筒１１に対し中高負荷領域においてもＰＣＣＩ燃焼を実現するために、主燃料噴射時期（供給時期）は、標準時期（例えば、上死点（ＴＤＣ））よりも遅延させて、前記決定した主燃料の噴射量を噴射できるように噴射時間幅（供給期間）を設定して噴射を行わせる。その噴射時期を以下、「ＡＴＤＣ（After Top Dead Center）噴射」と称する。
この主燃料のＡＴＤＣ噴射の制御の作用効果については図１３から図２０の説明において後記する。
【００４８】
《ガス生成供給系》
次に、ガス生成供給系３０について説明する。
本実施形態のエンジン制御装置１００の前記したガス生成供給系３０は、燃料タンク２と、ＥＣＵ４０の燃料供給制御部４１により電子制御されるモータ３ａによって駆動される低圧ポンプ３Ａと、純水を貯留する水タンク５１と、ＥＣＵ４０の水素供給制御部４２により電子制御されるモータ５３ａによって駆動される給水ポンプ５３と、ＥＣＵ４０の水素供給制御部４２により制御されて、給水ポンプ５３により供給された純水と低圧ポンプ３Ａにより供給された主燃料から水素を含む改質ガス（予混合ガス）に分解する燃料改質器３１と、水素供給制御部４２により制御されるガス圧縮機３３と、ガス圧縮機３３により昇圧された予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンク３４と、予混合ガス圧力調整弁３５と、ヘッダ管３６と、ヘッダ管３６から気筒ごとに分岐してガスインジェクタ３２に導く予混合ガス供給管３７と、ガスインジェクタ３２と、水素供給制御部４２により電子制御されるガスインジェクタ３２に内蔵のアクチュエータ３２ａ等を含んで構成される。
ここで、燃料タンク２、低圧ポンプ３Ａ、水タンク５１、給水ポンプ５３、燃料改質器３１は、請求項に記載の「ガス生成手段」を構成し、ガス圧縮機３３、蓄圧タンク３４、予混合ガス圧力調整弁３５、ヘッダ管３６、予混合ガス供給管３７、ガスインジェクタ３２は、請求項に記載の「ガス供給手段」を構成する。
【００４９】
ここで、ＥＣＵ４０の前記マイクロコンピュータは、前記した図示省略のクランク角度位置センサ、エンジン回転速度センサ、アクセル開度センサ、吸気圧センサ、吸気温度センサ、吸気量センサ等の各センサから信号を用いて、最適な予混合ガス噴射量及び噴射時期を演算して燃料改質器３１、ガス圧縮機３３やアクチュエータ３２ａ、予混合ガス圧力調整弁３５を電子制御する。
【００５０】
低圧ポンプ３Ａの吐出側の低圧燃料供給配管６２は、ストレーナ６４の下流側で燃料改質器３１側に向かう低圧燃料供給配管６６に分岐し、主燃料の一部を燃料改質器３１に供給する。前記分岐した低圧燃料供給配管６６は、燃料改質器３１の燃料入口ポートとの間に、逆止弁６９ａを内蔵した流量調整弁６９Ｂが直列に配置されている。流量調整弁６９Ｂは、水素供給制御部４２に制御され、燃料改質器３１に供給する主燃料の流量を制御する。
【００５１】
給水ポンプ５３及びモータ５３ａは、水タンク５１内にフィルタ５２とともに組み込まれ、水タンク５１から吸込み管により純水を吸引し、燃料改質器３１の純水入口ポートに純水を供給する。
給水ポンプ５３の吐出側と燃料改質器３１の純水入口ポートとの間には、逆止弁５４ａを内蔵した流量調整弁５４が直列に配置されている。流量調整弁５４は、水素供給制御部４２に制御され、燃料改質器３１に供給する純水の流量を制御する。
なお、流量調整弁５４，６９Ｂは、水素供給制御部４２に制御される燃料改質器３１における改質ガス（予混合ガス）の単位時間当たりの生成量（出力レベル）に見合うように協調制御される。
給水ポンプ５３と流量調整弁５４との中間から分岐した戻り配管５６が、調圧弁５５を経由して給水ポンプ５３の過剰な純水供給を水タンク５１に戻すようになっている。
【００５２】
燃料改質器３１では、供給された純水を加熱して蒸気を生成し、供給された主燃料を水蒸気雰囲気下で触媒反応により水素を含む改質ガスに分解する。このような、改質ガスの生成方法を水蒸気改質法と称し、公知の方法である。
【００５３】
燃料改質器３１で生成された改質ガスは予混合ガスとして、ガス圧縮機３３で昇圧されて逆止弁３８を経由して蓄圧タンク３４に供給される。蓄圧タンク３４には蓄圧タンク圧力Ｐａを検出する蓄圧タンク圧センサＳＰａが設けられ、その検出圧信号はＥＣＵ４０に出力され、ＥＣＵ４０の水素供給制御部４２が、燃料改質器３１とガス圧縮機３３の運転レベルを制御して蓄圧タンク３４の圧力を、車両の運転状態、例えば、エンジン回転速度Ｎｅや、アクセル開度θｔｈに応じて、所定の目標圧力に制御する。
【００５４】
また、蓄圧タンク３４から各気筒１１のガスインジェクタ３２へは、予混合ガス圧力調整弁３５を介して、蓄圧タンク圧力Ｐａから減圧して、ヘッダ管３６に供給され、このヘッダ管３６から分岐した予混合ガス供給管３７が接続し、蓄圧タンク３４に蓄圧状態で貯留された予混合ガスをガスインジェクタ３２に供給する。ガスインジェクタ３２は、噴射圧が比較的低く設定できるので、直動式のもので十分である。
ヘッダ管３６の容積及び各気筒１１のガスインジェクタ３２までの予混合ガス供給管３７の容積の合計は、エンジン１の各気筒１１に１回ずつ噴射する分、例えば、４気筒のエンジンなら、４回の噴射量の最大値程度である。
ガスインジェクタ３２のアクチュエータ３２ａは、例えば、ソレノイド式又はピエゾ式である。
【００５５】
ヘッダ管３６は、各気筒１１におけるガスインジェクタ３２の噴射による圧力変動を緩和するものであり、ＥＣＵ４０により制御される予混合ガス圧力調整弁３５によりヘッダ管３６の圧力（以下「ヘッダ圧力Ｐｇ」と称する）が調整される。ヘッダ管３６には、実質的にガスインジェクタ３２の噴射圧であるヘッダ圧力Ｐｇを検出する圧力センサＳＰｇと、予混合ガス中の水素濃度ｖＨを検出する水素濃度センサＳＨが設けられている。
【００５６】
《蓄圧タンク圧力の制御》
次に、図３及び図４を参照しながらガス生成供給系３０の運転制御、特に、蓄圧タンク３４の圧力制御の方法について説明する。図３は、ガス生成供給系の蓄圧タンク圧力制御の流れを示すフローチャートである。
図４の（ａ）は、エンジン回転速度Ｎｅに応じて設定される蓄圧タンク目標圧力ＰＴａのエンジン回転速度Ｎｅに対する相関関係を示す図であり、（ｂ）は、蓄圧タンク目標圧力ＰＴａに対するアクセル開度θｔｈによる補正係数Ｋ１の相関関係を示す図である。
この制御はＥＣＵ４０の水素供給制御部４２においてなされる。
【００５７】
ステップＳ０１では、ＩＧ  ＯＮで燃料改質器３１を起動する。具体的には、給水ポンプ５３を起動し、燃料改質器３１内蔵のヒーターを起動して水蒸気を生成し、更に流量調整弁６９Ｂを開いて主燃料を燃料改質器３１に供給開始して、水蒸気改質法により主燃料の改質運転を開始させる。この改質運転には触媒反応が開始されるまで水蒸気温度等が上昇する時間が必要であり、燃料改質器３１の起動時間、つまり、ウォーミングアップの時間が必要になる。このウォーミングアップの時間が必要になるという事情は、部分酸化法等の前記した他の改質法を用いた場合でも同じである。
【００５８】
ステップＳ０２では、燃料改質器３１が運転を開始したか否かをチェックする。運転を開始した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０３へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ０２に戻りウォーミングアップの終了を待つ。
ステップＳ０３では、ガス圧縮機３３を起動し、燃料改質器３１で生成した水素を含む改質ガス、つまり、予混合ガスを、逆止弁３８を経由して蓄圧タンク３４に圧入を開始する。
【００５９】
ステップＳ０４では、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度θｔｈ、蓄圧タンク圧力Ｐａを読み込む。そして、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度θｔｈにもとづいて蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａ（＝ＰＴａ＊Ｋ１）を設定する。
具体的には、エンジン回転速度Ｎｅにもとづき、図４の（ａ）に従い、蓄圧タンク目標圧力ＰＴａを求める。この相関関係は、図４の（ａ）に示すようにエンジン回転速度Ｎｅが所定値以下では、蓄圧タンク目標圧力ＰＴａは所定の閾値に設定され、エンジン回転速度Ｎｅが増加するとそれに応じて単調に蓄圧タンク目標圧力ＰＴａは増加する。
エンジン回転速度Ｎｅが所定値以下において、蓄圧タンク目標圧力ＰＴａは所定の閾値に設定する目的は、エンジン回転速度Ｎｅが小さく、予混合ガスの単位時間当たりのエンジン１への供給量が少なくても、先にステップＳ０１，Ｓ０２で説明したように、燃料改質器３１は起動直後から速やかに予混合ガスを生成できないので、車両の走行開始のしばらくの時間、つまり、エンジン１の運転開始後のしばらくの時間、前回の走行時に蓄圧タンク３４に貯留しておいた予混合ガスを用いて走行するために、このように設定するものである。
【００６０】
また、後記するように、ガスインジェクタ３２からの一回の噴射量（後記する要求予混合ガス量Ｒｇ（図７、図８参照）に対応）は、エンジン回転速度Ｎｅだけではなくアクセル開度θｔｈの増加に対しても増加させるように制御しているので、蓄圧タンク圧力Ｐａもそれに対応できるように図４の（ｂ）のように設定する補正係数Ｋ１により、アクセル開度θｔｈが増加するほど蓄圧タンク圧力Ｐａも増加させるように補正係数Ｋ１を増加させる。
【００６１】
そして図４の（ａ）で求められた蓄圧タンク目標圧力ＰＴａに図４の（ｂ）で求められた補正係数Ｋ１を乗じて最終的な蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａを設定する。
なお、最終的な蓄圧タンク目標圧力を設定する蓄圧タンク目標圧力ＰＴａ及び補正係数Ｋ１の設定は、車両の定常走行状態からアクセル開度θｔｈが操作されて、エンジン回転速度Ｎｅが増加した場合の後記する要求予混合ガス量Ｒｇの増加に即応できるように、余裕をもって設定する。
ちなみに、図４の（ａ），（ｂ）に示すようなデータは、予めＥＣＵ４０を構成する前記したマイクロコンピュータのＲＯＭ等のメモリに格納されている。
【００６２】
燃料改質器３１の出力レベルの応答性は緩慢であり、例えば、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θｔｈの変化に追随できるものではない。したがって、蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａの変化は急速に変化しないように、例えば、エンジン回転速度Ｎｅの移動平均値と、アクセル開度θｔｈの移動平均値を用いたり、周期的にサンプリングする所定時間幅内のエンジン回転速度Ｎｅの最大値、アクセル開度θｔｈの最大値の組み合わせを用いたりして、ステップＳ０５における蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａを安定に設定することが好ましい。
このような蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａの設定方法によれば、蓄圧タンク圧力Ｐａの変動が少なく、エンジン回転速度Ｎｅの急激な増大に対しても、蓄圧タンク３４に貯留された予混合ガスにより容易に要求予混合ガス量Ｒｇに対応することができる。
【００６３】
ステップＳ０６では、ステップＳ０４で読み込んだ蓄圧タンク圧力Ｐａと、ステップＳ０５で設定した蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａから圧力差（Ｐ＊Ｔａ―Ｐａ）を算出して、圧力差（Ｐ＊Ｔａ―Ｐａ）に応じて燃料改質器３１の出力レベルを設定し、ガス圧縮機３３の出力を制御する。この制御により、エンジン１の予混合ガスの消費率に応じて時間平均的な消費率が高いほど高く設定された蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａに追随するように、又、時間平均的な消費率が低いほど低く設定された蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａに追随するように蓄圧タンク圧力Ｐａが制御される。
【００６４】
ステップＳ０７では、ヘッダ圧力Ｐｇが（Ｐ＊Ｔａ−ε）以上になるように予混合ガス圧力調整弁３５を制御する。
このεは正の値で、ヘッダ圧力Ｐｇに減圧するものである。蓄圧タンク圧力Ｐａの制御が前記したように緩慢な制御に対して、ヘッダ圧力Ｐｇは、ガスインジェクタ３２の噴射圧そのものであり、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θｔｈに即応して要求予混合ガス量Ｒｇを所定の後記する噴射時間許容最大値Ｔｍａｘ内に噴射できるように予混合ガス圧力調整弁３５により制御される。この予混合ガス圧力調整弁３５の詳細な制御については、後記する図５のフローチャートで説明するが、蓄圧タンク圧力Ｐａは前記したように保守的に高めに設定制御されるので、通常は蓄圧タンク圧力Ｐａが高めに設定されている分だけ圧力を下げるように制御する。
このεの値は、蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａの設定や蓄圧タンク３４の容量にもとづいて実験的に予め設定する。
【００６５】
ステップＳ０８では、ＩＧ  ＯＦＦを検出したか否かをチェックする。ＩＧ  ＯＦＦを検出した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０９へ進み、そうでない場合はステップＳ０４に戻りステップＳ０４〜Ｓ０８の制御を繰り返す。
ステップＳ０９では、給水ポンプ５３を含む燃料改質器３１、ガス圧縮機３３を停止する。ＩＧ  ＯＦＦにしてもエンジン１の停止の蓄圧タンク目標圧力Ｐ＊Ｔａは、ゼロではないので、逆止弁３８が機能して所定の圧力で予混合ガスが蓄圧タンク３４に貯留され、次回のエンジン１の起動時に、エンジン１の運転開始から予混合ガスを供給できようにする。
これで、一連のガス生成供給系３０の蓄圧タンク圧力制御の処理が終了する。
【００６６】
《予混合ガス噴射の制御》
次に、図５から図９を参照しながらＥＣＵ４０の水素供給制御部４２によるガスインジェクタ３２の予混合ガスの噴射制御について説明する。
図５、図６は、ガス生成供給系のガスインジェクタの噴射制御の流れを示すフローチャートである。
図７は、要求トルクＴｑに対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係を示す図であり、図８は、エンジン回転速度Ｎｅ対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係を示す図である。
図９は、ガスインジェクタの噴射時期及び噴射期間を、排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを参照して説明する図である。
この予混合ガス噴射の制御はＥＣＵ４０における水素供給制御部４２において行われる。
【００６７】
ステップＳ２１では、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度θｔｈ、吸気圧、吸気流量、水素濃度ｖＨ、ヘッダ圧力Ｐｇを読み込む。
ステップＳ２２では、アクセル開度θｔｈにもとづいて要求トルクＴｑを算出する。そしてステップＳ２３では、要求トルクＴｑとエンジン回転速度Ｎｅにもとづいて要求予混合ガス量Ｒｇを算出する。
図７及び図８はそれぞれ要求トルクＴｑに対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係と、エンジン回転速度Ｎｅに対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係を示しており、要求トルクＴｑが増加してもエンジン回転速度Ｎｅが増加しても要求予混合ガス量Ｒｇは増加する。このように要求トルクＴｑとエンジン回転速度Ｎｅの2つのパラメータに対する要求予混合ガス量Ｒｇを算出する方法としては、例えば、縦軸に離散的な数値のエンジン回転速度Ｎｅをパラメータとし、横軸に離散的な数値の要求トルクＴｑをパラメータとした要求予混合ガス量Ｒｇのルックアップテーブル方式が考えられる。このルックアップテーブルを予め作成して、ＥＣＵ４０を構成する前記したマイクロコンピュータのＲＯＭ等のメモリに格納する。そして、その時点エンジン回転速度Ｎｅ、要求トルクＴｑに対して前記ルークアップテーブルの２つのパラメータの値を内挿してその時点のエンジン回転速度Ｎｅ、要求トルクＴｑに対応する要求予混合ガス量Ｒｇを容易に算出することができる。
【００６８】
ちなみに、ここで算出される要求予混合ガス量Ｒｇは、所定の基準成分の主燃料を想定して、基準成分の主燃料を改質して生成されたと仮定して、基準圧力、例えば、大気圧の改質ガス中の基準成分の主燃料により一意に決まる水素濃度ｖＨ濃度（％）にもとづいて算出される。そして、このとき、例えば、吸気量に対し水素濃度が４．４ｖｏｌ％になるように予めエンジン回転速度Ｎｅ、要求トルクＴｑに応じて変化する吸気量の変化も考慮して設定されるものである。
【００６９】
ステップＳ２４では、吸気圧、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気流量にもとづいて吸気量を算出する。この吸気量は前記した基準圧力換算の量である。ついで、ステップＳ２５で算出され要求予混合ガス量Ｒｇ、水素濃度ｖＨ、ステップＳ２４で算出された吸気量（吸入空気量）にもとづいて、（水素／空気）比γＨ−ａｉｒを算出して、（水素／空気）比γＨ−ａｉｒ≧閾値γ０であるか否かをチェックする（ステップＳ２６）。閾値γ０以上の場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２７へ進み、そうでない場合はステップＳ２８へ進む。
ここでは、例えば、閾値γ０は０．０４４（４．４ｖｏｌ％）とする。少なくとも水素の可燃限界空燃比４％に少し余裕を持たせて設定する。
ちなみに、（水素／空気）比γＨ−ａｉｒは、基準圧力で算出された要求予混合ガス量Ｒｇに水素濃度ｖＨを乗じ、基準圧力換算の吸気量で除すれば容易に算出できる。
【００７０】
ステップＳ２７では、（水素／空気）比γＨ−ａｉｒが閾値γ０以上であるので、補正要求予混合ガス量Ｒｃｇ＝Ｒｇとし、補正を行わない。ステップＳ２８では、（水素／空気）比γＨ−ａｉｒが閾値未満なので、補正要求予混合ガス量Ｒｃｇ＝Ｒｇ＊（γ０／γＨ−ａｉｒ）と補正を行う。このように補正することで予混合ガスを吸気に噴射したときの水素濃度が４．４ｖｏｌ％を確保できるようになる。
【００７１】
ステップＳ２７，Ｓ２８の後ステップＳ２９へ進み、補正要求混合ガス量Ｒｃｇとヘッダ圧力Ｐｇから予混合ガス噴射時間Ｔｉを算出する。
図示省略するが、基準圧力換算の補正要求混合ガス量Ｒｃｇをその時のヘッダ圧力Ｐｇにおいてガスインジェクタ３２から所期通り噴射するには、図示省略するが、例えば、横軸に補正要求混合ガス量Ｒｃｇを取り、縦軸にガスインジェクタ３２に出力する予混合ガス噴射時間Ｔｉを取り、離散的なヘッダ圧力Ｐｇ依存の相関曲線を予め実験等によって複数本設定した相関関係式を得る。そして、このヘッダ圧力Ｐｇをパラメータとした補正要求混合ガス量Ｒｃｇから予混合ガス噴射時間幅Ｔｉを算出する相関式をＥＣＵ４０を構成する前記したマイクロコンピュータのＲＯＭ等のメモリに格納しておく。そうすれば、ヘッダ圧力Ｐｇに対して相関式を内挿することにより、容易に予混合ガス噴射時間幅Ｔｉが算出できる。
【００７２】
ステップＳ２９の後、符号［１］にしたがって図６のステップＳ３０に進み、予混合ガス噴射時間Ｔｉが噴射時間許容最大値Ｔｍａｘ以上か否かをチェックする。ＴｉがＴｍａｘ以上の場合はステップＳ３１に進み、そうでない場合は、ステップＳ３３へ進む。
ガスインジェクタ３２の噴射時期は、排気弁１７が全閉した後の、吸気弁１６が開状態で吸気状態が続いているときであり、図９に示すように予混合ガス噴射時間幅Ｔｉの噴射時間許容最大値はＴｍａｘに制限されている。
特に、排気弁１７が全閉する前の吸気状態で４ｖｏｌ％濃度以上の水素を吸気中に含むものが排気管１５から後流側に流れると、排ガス処理系において予混合ガスがバックファイアを生じ、大きな騒音を発生させるだけでなく、排ガス処理系の機器を損傷させる可能性がある。
なお、図９では、クランク角度でＴｍａｘを表示しているが、エンジン回転速度Ｎｅ又はクランク角速度を用いて容易にクランク角度表示のＴｍａｘを時間表示のＴｍａｘに換算できる。
【００７３】
したがって、そのときのエンジン回転速度Ｎｅとガスインジェクタ３２の噴射可能なクランク角度範囲から容易にそのときのエンジン回転速度Ｎｅにおける噴射時間許容最大値Ｔｍａｘは算出でき、それに対し、ステップＳ３０においてＴｉがＴｍａｘ以上の場合は、ヘッダ圧力Ｐｇを増加して、新たなＰｇ≧（Ｔｉ／Ｔｍａｘ）＊Ｐｇとする。具体的には、予混合ガス圧力調整弁３５を制御してヘッダ圧力Ｐｇを増加させる。
ついで、ステップＳ２９と同様に改めて補正要求混合ガス量Ｒｃｇとヘッダ圧力Ｐｇから予混合ガス噴射時間Ｔｉを算出する。
ステップＳ３３では、ガスインジェクタ３２のアクチュエータ３２ａに予混合ガス噴射時間Ｔｉに対応する噴射指令信号を出力して、ガスインジェクタ３２を駆動する。
このとき、水素供給制御部４２は、気筒判別情報とクランク角度にもとづいて、排気弁１７の全閉タイミングと吸気弁１６の開状態を検出して図９に示したＴｍａｘ内という噴射時期と予混合ガス噴射時間Ｔｉで噴射するようにアクチュエータ３２ａを駆動する。
こうして一連の予混合ガス噴射の制御を完了し、次の繰り返しの制御を行う。
【００７４】
なお、本実施形態のフローチャートのステップＳ２１〜Ｓ２８は請求項の「水素濃度制御手段」を構成する。
また、吸気量に対する水素濃度が可燃限界空燃比以上の所定値になるように予混合ガスの燃焼室１３への供給する予混合ガス噴射時間Ｔｉが請求項に記載の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく「供給時間」に対応し、図９に示したＴｍａｘ内という噴射時期が予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく請求項に記載の「供給時期」に対応する。
【００７５】
図１０にエンジン始動後からの必要水素供給率の推移を、本実施形態と比較例との間で比較したものを示す。ここで、比較例では燃料改質器３１で生成された改質ガスを圧縮することなくそのままガスインジェクタ３２から吸気管１４の吸気ポートに噴射する構成であり、燃料改質器３１から送出される改質ガス圧を略一定にするように燃料改質器３１の出力レベルを制御する。また、前記した「必要水素供給率」とは、前記したステップＳ２３において算出された要求予混合ガス量Ｒｇ中に含まれる必要な水素量に対する、ガスインジェクタ３２から実際に噴射された予混合ガス中の水素量の割合をいう。
本実施形態によれば、図１０に実線ｘ１で示すように、蓄圧タンク３４に貯留された予混合ガスにより、エンジン１の始動直後からわずかの時間遅れで略必要水素供給率１００％でガスインジェクタ３２に供給できる。これに対し、比較例では、破線ｙ１に示すように燃料改質器３１の起動に時間を要するので、１００％に達するまでに、例えば、１分以上掛かる。
【００７６】
図１１に車両の速度変化に伴う予混合ガス供給の応答性を、本実施形態と比較例との間で比較したものを示し、（ａ）は、車両の速度変化の推移を示し、（ｂ）は、比較例におけるガスインジェクタの噴射量の時間推移を示し、（ｃ）は、本実施形態におけるガスインジェクタの噴射量の時間推移を示す。
ここで、噴射量の単位としては、噴射の時間率（ｌ／ｓ）と、そのときの圧力（ＭＰａ）を乗じたものである。
比較例は、前記図１０の説明の中の比較例と同じ構成である。
比較例では燃料改質器３１で生成した予混合ガスの圧力がそのままガスインジェクタ３２の噴射圧となり、前記したように燃料改質器３１の出力レベルの変化は緩慢であり、エンジン回転速度Ｎｅにすぐには追随できないので、応答が遅れたものになる。特に、エンジン回転速度Ｎｅが急減して要求予混合ガス量Ｒｇが減少しても、燃料改質器３１からの配管内の圧力はすぐに低減しないので、予混合ガス噴射時間Ｔｉを大きく絞り込まないと予混合ガスが注入し過ぎとなる。ガスの噴射ではある程度予混合ガス噴射時間Ｔｉを確保しないと流れないので、結局応答性は悪いものとなる。
【００７７】
これに対し、本実施形態では、ヘッダ管３６及び予混合ガス供給管３７の合計容量を制限している上、ヘッダ圧力Ｐｇを制御する予混合ガス圧力調整弁３５を蓄圧タンク３４の下流に設けてあるので、ヘッダ管３６及び予混合ガス供給管３７の圧力がエンジン回転速度Ｎｅに応じて可変になり、予混合ガス噴射時間Ｔｉを、噴射時間許容最大値Ｔｍａｘを越えない範囲で、過小な予混合ガス噴射時間とすることなくエンジン回転速度Ｎｅ応じた狭いＴｉ予混合ガス噴射時間の変動で設定可能とできる。その結果、図１１の（ｃ）に示すようにエンジン回転速度Ｎｅの変動に対して予混合ガス供給の応答性が極めて良好になっている。
【００７８】
図１２に、本実施形態と比較例における燃料改質器の反応器のサイズを比較した結果を示す。図１２において横軸は単位時間あたりの必要水素量（ｌ／ｓ）を示し、縦軸はそれに対応する燃料改質器の反応器のサイズ（ｃｃ）を示す。
本実施形態のようにガス圧縮機３３と蓄圧タンク３４とを有している構成では、通常の運転においてエンジン１が最大必要水素量（ｌ／ｓ）で運転される時間、例えば、登り勾配が急な高速道路の連続している区間長さを想定して、その期間の通常の平地走行や一般道路の登板時等における必要水素量（ｌ／ｓ）よりも必要水素量が多い分は、蓄圧タンク３４に貯留された水素で賄うこととし、燃料改質器３１の能力を前記した登り勾配が急な高速道路の連続走行時の必要水素量（ｌ／ｓ）としないことが可能である。
図１２の実線ｘ２は、そのように燃料改質器３１の改質反応容器サイズを設定した場合の曲線であり、破線ｙ２に示す比較例は、燃料改質器３１の能力を前記した登り勾配が急な高速道路の連続走行時の必要水素量（ｌ／ｓ）を賄うことができる改質反応器サイズとした場合である。
【００７９】
例えば、比較例において必要水素量（ｌ／ｓ）を賄うためには改質反応器サイズが１０００ｃｃ必要になるのに対し、本実施形態の構成では比較例の３／５のサイズの６００ｃｃの改質反応器サイズで対応することができる。
このように燃料改質器３１の本体の改質反応器のサイズを小さくできるので、ガス生成供給系全体としてのコストと重量を小さくすることが可能となる。
【００８０】
本実施形態の変形例として、図３に示したフローチャートのように、蓄圧タンク３４の圧力Ｐａをエンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θｔｈに応じて変圧制御する代わりに、略最大値近くに維持するように制御して、その代わり予混合ガス圧力調整弁３５によるヘッダ圧力Ｐｇの制御をエンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θｔｈに応じて柔軟に制御することにより、実施形態における燃料改質器３１の改質反応器サイズを更に小さくすることができる。
【００８１】
次に、本実施形態において実現するＰＣＣＩ燃焼において、予混合ガスを吸気に添加することによる効果を説明する。以下では、所定の主燃料噴射時期の下で所定量の水素を吸気に添加した例で説明し、この例に対して水素の添加をしないものを比較例とする。ここで、実施形態の例と比較例の違いは、水素の添加の有無のみであり、エンジンの特性、主燃料の種類、及び、主燃料の噴射条件等は全て同じである。
【００８２】
図１３は、主燃料の噴射時期を従来の標準時期より遅らせて、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の筒内圧のクランク角度との関係を示す図である。図１４は、主燃料の噴射時期を従来の標準時期より遅らせて、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角度との関係を示す図である。
これら図１３、図１４において、破線は比較例を示し、一点鎖線は本実施形態において２．２体積％（ｖｏｌ％）の水素を吸気に添加した例であり、実線は本実施形態において４．４体積％（ｖｏｌ％）の水素を吸気に添加した例である。
【００８３】
図１３、図１４に示すように、中高負荷領域においてＰＣＣＩ燃焼を実現するために、主燃料噴射時期は、標準時期（例えば、ＴＤＣ）よりも遅延させた場合である。
特に、図１３、図１４に示す例では主燃料噴射時期をクランク角度の表示でＡＴＤＣ＋３°とした。
【００８４】
図１３、図１４に示すように、水素を吸気に添加すると、水素を添加しない場合と比較して、主燃料を噴射してから着火するまでの時間（主燃料噴射時期から筒内圧及び熱発生率がピークに達するまでの時間）、すなわち、着火遅れが短くなる。特に、４．４体積％の水素を吸気に添加した場合は、２．２体積％の水素を添加した場合と比較して、着火遅れは短くなる。具体的には、４．４体積％の水素を添加すると、水素を添加しない場合に対して着火遅れがクランク角度で約６°短縮される。この結果、水素を吸気に添加すると、図１４に示すように、熱発生が早まり、熱発生率の変化がなだらかになるとともに、等容度が向上し熱効率は高くなる。
【００８５】
ここで、以上のような効果が得られた原因について考察すると、前記したように、４．４体積％の水素を吸気に添加した場合に、顕著な効果が見られた。これは、水素の可燃限界空燃比が４％以上であることに起因すると考えられる。つまり、この可燃限界空燃比以上の水素を吸気に添加すると、主燃料噴射により発生した静電気やプラズマ等により、水素が主燃料よりも先に着火し、また、水素の火炎伝播速度がメタンの炭化水素ガス等よりも極めて速いので、燃焼室１３（図１参照）内に急速に火炎が広がり、噴射された主燃料も着火燃焼を始めることにより、主燃料の着火遅れが短くなると考えられる。
【００８６】
中高負荷運転領域に対して、従来の吸気に水素添加をしない、燃料噴射時期を遅らせたＰＣＣＩ燃焼方式を、そのまま適用した場合に、ディーゼルノックを生じたものが、それも改善された。これは、主燃料自身は乱流混合速度を速めて、空気と噴霧燃料との混合が進む中で、先に燃焼を始めた水素の燃焼に補助されて燃焼を開始するため、従来のように主燃料の燃焼が遅れて着火した時に一気に燃焼が進むことが防止されるためと考えられる。
【００８７】
図１５は、本実施形態及び比較例に係るエンジン回転速度とエンジントルクに対するＰＣＣＩ燃焼が可能な領域を比較した図である。図１５において破線は比較例のＰＣＣＩ燃焼可能な領域を示し、実線は本実施形態のＰＣＣＩ燃焼可能領域を示し、一点鎖線は通常の運転において要求されるＰＣＣＩ燃焼領域を示す。
【００８８】
比較例では、中高負荷運転領域において燃焼が急激になりエンジン１の騒音や振動が大きくなるため、図１５に示すように、そのＰＣＣＩ燃焼可能な領域が低負荷運転領域に限定されてしまう。これに対して、本実施形態では、吸気に水素を添加することと合わせて主燃料をＡＴＤＣ噴射することにより、着火遅れを短縮しつつ燃焼を緩慢にし（図１３及び図１４参照）、後記するように騒音及び振動を抑制し（図１６参照）、熱効率を維持し（図１７参照）、ＣＯ排出量及びＴＨＣ排出量を低減できる（図１８及び図１９参照）。
このように、吸気への水素添加と主燃料のＡＴＤＣ噴射とを組み合わせることにより、図１４に示すように常用運転領域を含む中高負荷運転領域までＰＣＣＩ燃焼が可能となる。
【００８９】
図１６は、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の、爆発行程で検出される単位クランク角度当たりの筒内圧の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）の最大値（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘと、主燃料噴射時期との関係を示す図である。図１６において、主燃料の噴射時期は、クランク角度表現で、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ＋３°の範囲で変化させており、破線は比較例の場合を示し、実線は本実施形態において４．４体積％（ｖｏｌ％）の水素を吸気に対して添加した例の場合を示す。
なお、（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘは、エンジン１に発生する騒音及び振動の大きさの指標となる。
【００９０】
比較例では、主燃料の噴射時期に係らず、（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘは、略一定である。これに対し、本実施形態では、主燃料の噴射時期を遅くするに従い、（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘは小さくなり、特に主燃料の噴射時期がＡＴＤＣ＋０°以降では、本実施形態の（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘは比較例のそれよりも大幅に小さくなる。
したがって、吸気に水素を添加した状態で、主燃料のＡＴＤＣ噴射をすることによりエンジン１の騒音及び振動を低減できることが分かる。
【００９１】
図１７は、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の熱効率と、主燃料の噴射時期との関係を示す図である。図１７において、主燃料の噴射時期は、クランク角度表現で、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ＋３°の範囲で変化させており、白丸○のデータ点は比較例の場合を示し、黒丸●のデータ点は本実施形態において４．４体積％の水素を吸気に対して添加した例の場合を示す。
比較例では、熱効率は、主燃料の噴射時期がＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ＋０°までの範囲では略一定であるが、ＡＴＤＣ＋０°以降は急激に減少する。一方、本実施形態では、主燃料の噴射時期に係らず略一定であり、特にＡＴＤＣ＋０°以降では、比較例より高い熱効率を示す。
図１３及び図１４を参照してクランク角度依存の筒内圧の変化と熱発生率を詳細に説明したように、吸気に水素添加なしの状態で主燃料のＡＴＤＣ噴射を行うと、燃焼が急激になり熱効率が急激に悪化するのに対し、吸気に４．４体積％の水素添加した状態で主燃料のＡＴＤＣ噴射を行うと、燃焼がなだらかになり効率よく燃焼することが可能となる。
【００９２】
図１８は、実施形態及び比較例に係るＣＯ排出量（一酸化炭素の排出量）と主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
図１９は、実施形態及び比較例に係るＴＨＣ排出量（未燃の炭化水素の総排出量）と主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
図１８及び図１９において、主燃料の噴射時期は、クランク角度表示でＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ＋３°の範囲で変化させており、白丸○のデータ点は比較例の場合を示し、黒丸●のデータ点は本実施形態において４．４体積％の水素を吸気に対して添加した例の場合を示す。
【００９３】
図１８に示すように、比較例ではＣＯ排出量は、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ−８°の範囲で急激に減少し、その後ＡＴＤＣ−８°〜ＡＴＤＣ＋０°の範囲で略一定であり、ＡＴＤＣ＋０°以降やや増加する。これに対し、本実施形態では、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ＋１°までの範囲で穏やかに減少し、ＡＴＤＣ＋１°以降略一定である。本実施形態におけるＣＯ排出量は、比較例とＡＴＤＣ＋１°〜ＡＴＤＣ＋２°の間に逆転し、ＡＴＤＣ＋２°以降、本実施形態方のが、ＣＯ排出量が少なくなる。
【００９４】
図１９に示すように、比較例ではＴＨＣ排出量は、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ−８°の範囲で急激に減少し、その後ＡＴＤＣ−８°〜ＡＴＤＣ＋３°の範囲で穏やかに増加する。これに対し、本実施形態では、ＡＴＤＣ−１２°〜ＡＴＤＣ−４°までの範囲で穏やかに減少する。そして、本実施形態におけるＴＨＣ排出量は、比較例とＡＴＤＣ＋１°〜ＡＴＤＣ＋２°の間で逆転し、ＡＴＤＣ＋２°以降、本実施形態の方が、ＴＨＣ排出量が少なくなる。
【００９５】
本実施形態によれば、エンジン１の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、水素又は水素を含む改質ガスを予混合ガスとして供給時期及び供給期間を制御しつつ、エンジン１の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、主燃料の各気筒１１への供給時期及び供給期間を制御することにより主燃料を予混合圧縮着火燃焼させることができる。
特に、水素は、気筒の内壁に付着することは無く、又、水素の火炎の伝播速度は、比較的他の天然ガスやプロパンガスの火炎の伝播速度よりも速く、例えば、主燃料の供給時期を通常の拡散燃焼のディーゼルエンジンにおける標準時期よりも遅延させた場合であっても、着火遅れを短縮しつつ燃焼を緩慢にし、又、騒音及び振動も低減できる。
【００９６】
したがって、前記のように中高負荷領域における燃焼を改善し、運転領域を拡大することができる。また、これらに加えて、未燃のＨＣやＣＯの排出量も低減することが可能となる。これにより、排気のエミッション及び主燃料の燃費を更に向上できる。
【００９７】
更に、ガス生成供給系３０は、生成された予混合ガスを圧縮するガス圧縮機３３と、圧縮された予混合ガスを蓄圧する蓄圧タンク３４とを有するので、エンジン１の始動直後においても、前回の運転時に燃料改質器３１で生成されて蓄圧タンク３４内に貯留された予混合ガスを利用して、ガスインジェクタ３２から予混合ガスを吸気に噴射できる。したがって、燃料改質器３１が水素又は水素を含んだ改質ガスを生成開始するのに遅れ時間を要しても、エンジン１は起動時からＰＣＣＩ燃焼方式による運転を行え、起動直後の排気ガスの後処理装置の機能が困難な低排気温度領域時に、期待されるＰＣＣＩ燃焼方式で運転できる。
【００９８】
また、蓄圧タンク３４より下流側のヘッダ管３６のヘッダ圧力Ｐｇにもとづいてガスインジェクタ３２に供給する予混合ガス圧、つまり、予混合ガスの噴射圧を調整できるので、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン要求トルクＴｑの変動に対応して、予混合圧縮着火燃焼条件に適した量、例えば、吸入空気量に対する水素濃度が可燃限界空燃比４％以上となるように予混合ガスを気筒１１に噴射できるように予混合ガスをガスインジェクタ３２に供給できる。
これにより、エンジン１の中高負荷の運転領域に対しても、主燃料のＡＴＤＣの噴射と組み合わせて、ＰＣＣＩ燃焼を維持できる。
【００９９】
特に、水素供給制御部４２は、吸気弁１６が開状態で、排気弁１７が閉状態である、バックファイアを起こさないタイミングを検出し、この噴射時間許容最大値Ｔｍａｘ内に予混合ガスを各気筒１１の吸気に噴射するので、予混合ガスによるバックファイアの発生を防止でき、排気の後処理装置を損傷したりすることを防止できる。
【０１００】
本実施形態においてはヘッダ管３６に水素濃度センサＳＨを設けて、水素濃度ｖＨを検出することとしたが、それに限定されるものではない。主燃料の成分が一定のものであれば、燃料改質器３１において生成される改質ガス中の水素割合は、略一定であることから、水素濃度センサＳＨを省略し、代わりに予め実験により改質ガス中の水素割合を測定して一定値に定め、その値にもとづいてフローチャートのステップＳ２５における（水素／空気）比γＨ−ａｉｒを算出するようにする。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本実施形態の内燃機関の制御装置の概略機能構成図である。
【図２】蓄圧式の燃料噴射装置を用いたエンジン制御装置の全体構成図である。
【図３】ガス生成供給系の蓄圧タンク圧力制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、エンジン回転速度Ｎｅに応じて設定される蓄圧タンク目標圧力ＰＴａのエンジン回転速度Ｎｅに対する相関関係を示す図であり、（ｂ）蓄圧タンク目標圧力ＰＴａに対するアクセル開度θｔｈによる補正係数Ｋ１の相関関係を示す図である。
【図５】ガス生成供給系のガスインジェクタの噴射制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】ガス生成供給系のガスインジェクタの噴射制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】要求トルクＴｑに対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係を示す図である。
【図８】エンジン回転速度Ｎｅ対する要求予混合ガス量Ｒｇの相関関係を示す図である。
【図９】ガスインジェクタの噴射時期及び噴射期間を、排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを参照して説明する図である。
【図１０】エンジン始動後からの必要水素供給率の推移を、本実施形態と比較例との間で比較した図である。
【図１１】車両の速度変化に伴う予混合ガス供給の応答性を、本実施形態と比較例との間で比較したものを示し、（ａ）は、車両の速度変化の推移を示す図であり、（ｂ）は、比較例におけるガスインジェクタの噴射量の時間推移を示す図であり、（ｃ）は、本実施形態におけるガスインジェクタの噴射量の時間推移を示す図である。
【図１２】本実施形態と比較例における燃料改質器の反応器のサイズを比較した結果を示す図である。
【図１３】主燃料の噴射時期を従来の標準時期より遅れさせて、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の筒内圧のクランク角度との関係を示す図である。
【図１４】主燃料の噴射時期を従来の標準時期より遅れさせて、吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角度との関係を示す図である。
【図１５】本実施形態及び比較例に係るエンジン回転速度とエンジントルクに対するＰＣＣＩ燃焼が可能な領域を比較した図である。
【図１６】吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の、爆発行程で検出される単位クランク角度当たりの筒内圧の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）の最大値（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘと、主燃料噴射時期との関係を示す図である。
【図１７】吸気に水素添加した場合と水素添加しない場合の熱効率と、主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
【図１８】実施形態及び比較例に係るＣＯ排出量（一酸化炭素の排出量）と主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
【図１９】実施形態及び比較例に係るＴＨＣ排出量（未燃の炭化水素の総排出量）と主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
【図２０】局所温度と局所当量比に対するＰＭの生成領域とＮＯｘの生成領域を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１      エンジン（内燃機関）
２      燃料タンク（主燃料供給手段、ガス生成手段）
３Ａ    低圧ポンプ（主燃料供給手段、ガス生成手段、燃料ポンプ）
３Ｂ    高圧ポンプ（主燃料供給手段、燃料ポンプ）
３ａ    モータ（主燃料供給手段、ガス生成手段、燃料ポンプ）
４      コモンレール（主燃料供給手段、燃料蓄圧部）
１１    気筒
１２    ピストン
１３    燃焼室
１４    吸気管
１５    排気管
１６    吸気弁
１７    排気弁
２０    主燃料供給系（主燃料供給手段）
２１    高圧燃料供給系（主燃料供給手段）
２２    燃料インジェクタ（主燃料供給手段、燃料噴射弁）
２２ａ  アクチュエータ
２５    高圧燃料供給管（主燃料供給手段、燃料供給管）
２６    ドレーン通路（主燃料供給手段）
３０    ガス生成供給系（ガス生成手段、ガス供給手段）
３１    燃料改質器（ガス生成手段）
３２    ガスインジェクタ（ガス供給手段、ガス噴射弁）
３２ａ  アクチュエータ
３３    ガス圧縮機（ガス供給手段）
３４    蓄圧タンク（ガス供給手段）
３５    予混合ガス圧力調整弁（ガス供給手段）
３６    ヘッダ管（ガス供給手段）
３７    予混合ガス供給管（ガス供給手段、ガス供給管）
４０    ＥＣＵ
４１    燃料供給制御部（主燃料供給制御手段）
４２    水素供給制御部（ガス供給制御手段）
５１    水タンク（ガス生成手段）
５２    フィルタ
５３    給水ポンプ（ガス生成手段）
５３ａ  モータ（ガス生成手段）
５４    流量調整弁（ガス生成手段）
５５    調圧弁（ガス生成手段）
５６    戻り配管
６０    フィルタ
６１    吸込み管（主燃料供給手段）
６２    低圧燃料供給配管（主燃料供給手段）
６３    吐出配管（主燃料供給手段）
６４    ストレーナ（主燃料供給手段）
６５    戻り配管（主燃料供給手段）
６６    低圧燃料供給配管（ガス生成手段）
６７    調圧弁（主燃料供給手段）
６９Ａ  流量調整弁（主燃料供給手段）
６９Ｂ  流量調整弁（ガス生成手段）
７１    戻り配管（主燃料供給手段）
７２    圧力調整弁（主燃料供給手段）
７３    戻り燃料配管（主燃料供給手段）
１００  エンジン制御装置
ＳＨ    水素濃度センサ
ＳＴ    燃料温度センサ
ＳＰｃ  コモンレール圧センサ
ＳＰａ  蓄圧タンク圧センサ
ＳＰｇ  圧力センサ
【図１】
2010014085.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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