(57)【要約】【課題】燃料改質装置を排気経路に備えた内燃機関の制御装置において、該燃料改質装置に供給される燃料の温度上昇を抑制することにより、所望量の改質ガスを生成する。【解決手段】燃料改質動作が実行中か否かを判定する（ステップ１００）。燃料改質動作が停止中であると判定された場合には、改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａを計測する（ステップ１０２）。改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａが所定の基準温度Ｔ１以下か否かを判定する（ステップ１０４）。燃料温度Ｔａ≦基準温度Ｔ１の成立が認められない場合には、電磁弁５８を規定時間開弁する（ステップ１０６〜１１０）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された改質用燃料を改質して内燃機関へ供給する燃料改質装置と、
改質用燃料が流通するための改質用燃料配管と、
前記改質用燃料配管を流通する改質用燃料を前記燃料改質装置へ供給する供給装置と、
前記改質用燃料配管内に滞留する改質用燃料の温度を取得する温度取得手段と、
前記改質用燃料配管に一端が接続された連通配管と、
前記温度取得手段により取得された温度が所定の基準温度よりも高い場合に、前記改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料を前記連通配管へ流通させる流通手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記連通配管は、その他端が前記内燃機関に燃料を供給するための主燃料配管に接続されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記連通配管は、その他端が燃料供給源に接続されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記温度取得手段は、前記供給装置の燃料供給動作が停止されてからの前記内燃機関の運転継続時間に基づいて、前記改質用燃料配管内に滞留する改質用燃料の温度を取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記流通手段は、前記連通配管の開閉を行う開閉弁を含み、前記温度取得手段により取得された温度が所定の基準温度よりも高い場合に、前記開閉弁を開弁することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、燃料改質装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００６−１０５０１１号公報に開示されるように、内燃機関の排気経路に燃料改質器を備えた内燃機関の制御装置が知られている。この制御装置では、排気経路の排気ガスの一部を該燃料改質器に導入するとともに、この排気ガスに燃料を添加することで、該燃料から水素（Ｈ２）や一酸化炭素車（ＣＯ）等の改質ガスを生成することができる。生成された改質ガスは、内燃機関の吸気経路に選択的に導入される。これにより、燃焼速度の向上やノッキングの低減等を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５０１１号公報
【特許文献２】特開２００５−７６５９１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４８７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料改質装置は、排気経路に介在させることにより、排気熱を有効に利用して改質動作を行うことができる。しかしながら、一方において、燃料改質装置が高温の排気ガスに晒されると、該燃料改質器に燃料を供給するための燃料経路も高温環境に晒されてしまう。特に、改質動作を停止している期間においては、燃料配管内に燃料が滞留することとなるため、該燃料が高温に加熱されて燃料密度が低下してしまうおそれがある。このため、改質動作が開始された場合に、これらの燃料が燃料改質装置に供給されると、燃料供給量が実質的に低下してしまい、所望量の改質ガスを生成して内燃機関に供給できないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料改質装置を備える内燃機関において、該燃料改質装置に供給される燃料の温度上昇を抑制することにより、所望量の改質ガスを生成することのできる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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
供給された改質用燃料を改質して内燃機関へ供給する燃料改質装置と、
改質用燃料が流通するための改質用燃料配管と、
前記改質用燃料配管を流通する改質用燃料を前記燃料改質装置へ供給する供給装置と、
前記改質用燃料配管内に滞留する改質用燃料の温度を取得する温度取得手段と、
前記改質用燃料配管に一端が接続された連通配管と、
前記温度取得手段により取得された温度が所定の基準温度よりも高い場合に、前記改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料を前記連通配管へ流通させる流通手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記連通配管は、その他端が前記内燃機関に燃料を供給するための主燃料配管に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、
前記連通配管は、その他端が燃料供給源に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記温度取得手段は、前記供給装置の燃料供給動作が停止されてからの前記内燃機関の運転継続時間に基づいて、前記改質用燃料配管内に滞留する改質用燃料の温度を取得することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記流通手段は、前記連通配管の開閉を行う開閉弁を含み、前記温度取得手段により取得された温度が所定の基準温度よりも高い場合に、前記開閉弁を開弁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、供給された改質用燃料を改質する燃料改質装置を有する内燃機関において、改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料の温度が所定の基準温度よりも高くなった場合に、該改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料が、該改質用燃料配管から連通配管へ流通される。このため、本発明によれば、改質用配管内の高温の燃料を連通配管へ流通させることができるので、該改質用配管内の燃料温度を効果的に低下させることができる。これにより、燃料改質装置に供給される燃料量を安定させることができるので、所望量の改質ガスを生成することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、連通配管の他端は、内燃機関に燃料を供給するための主燃料配管に接続されている。このため、本発明によれば、改質用燃料配管に滞留している高温の燃料を、内燃機関の燃料として効果的に使用することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、連通配管の他端は、燃料供給源に接続されている。このため、本発明によれば、改質用燃料配管に滞留している高温の燃料を、燃料供給源に再び戻すことができる。
【００１４】
第４の発明によれば、改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料の温度は、供給装置による該燃料改質装置への燃料供給動作が停止してからの内燃機関の運転継続時間に基づいて取得される。改質用燃料配管内に改質用燃料が滞留している状態においては、内燃機関の運転継続時間が長いほど該燃料の温度が上昇する。このため、本発明によれば、内燃機関の運転継続時間に基づいて、改質用燃料配管内の燃料温度を精度よく取得することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、連通配管の途中には、該連通配管の開閉状態を制御するための開閉弁が配置されている。このため、本発明によれば、改質用燃料配管内に滞留している改質用燃料の温度が所定の基準温度よりも高くなった場合に、該開閉弁を開弁することにより、改質用配管内の高温の燃料を効果的に連通配管へ流通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を説明するための図である。内燃機関１０の吸気側には、吸気通路１２の一端が接続されている。吸気通路１２の他端は、外部に開放されており、その途中にはエアクリーナ１４が配置されている。エアクリーナ１４の下流側には、吸気の流量を制御するためのスロットルバルブ１６が配置されている。吸気通路１２におけるスロットルバルブ１６の下流には、該吸気通路１２を流通する吸気に燃料を噴射するための燃料噴射弁５２が配置されている。
【００１８】
内燃機関１０の排気側には、排気通路２０の一端が接続されている。排気通路２０の途中には、燃料改質器２２が介在している。燃料改質器２２についてはその詳細な構成を後述する。燃料改質器２２の下流には、Ｕ／Ｆ触媒２４が接続されている。Ｕ／Ｆ触媒２４は、排気中に含まれるＮＯｘやＨＣ等の未浄化成分を浄化する機能を有している。
【００１９】
排気通路２０における燃料改質器２２の上流側には、ＥＧＲ通路２６の一端が連通している。ＥＧＲ通路２６の途中には、該ＥＧＲ通路２６を流通する排気ガスに燃料を噴射するための燃料噴射弁５４が配置されている。ＥＧＲ通路２６における燃料噴射弁５４の下流側近傍には、燃料改質器２２が介在している。ＥＧＲ通路２６における燃料改質器２２の下流側には、該ＥＧＲ通路内を流通するガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２８が介在している。ＥＧＲ通路２６の他端は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１６の下流側に連通している。ＥＧＲ通路２６における吸気通路１２との接続部近傍には、該ＥＧＲ通路２６から吸気通路１２へ導入されるガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁３０が設けられている。
【００２０】
燃料改質器２２は、排気通路２０から導入された排気ガスを浄化する三元触媒部２２１と、後述するＥＧＲ通路２６から導入された燃料をＨ２やＣＯに改質するための改質触媒部２２２とを有している。三元触媒部２２１は、その両端が上述した排気通路２０に接続されている。一方、改質触媒部２２２はＲｈ，Ｐｔ，Ｒｕなどの金属を含む触媒であり、その両端が上述したＥＧＲ通路２６に接続されている。三元触媒部２２１と改質触媒部２２２とは、内部で連通せずに互いに隔離されている。
【００２１】
内燃機関１０は燃料タンク３２を備えている。燃料タンク３２には、主燃料配管３４の一端が接続されている。燃料タンク３２内の燃料は、該主燃料配管３４に設けられた燃料ポンプ３６によって、該主燃料配管３４に供給される。
【００２２】
主燃料配管３４の下流端には、上述した燃料噴射弁５２が接続されている。また、主燃料配管３４の途中には、改質用燃料配管３８が連通している。改質用燃料配管３８の下流端には、上述した燃料噴射弁５４が接続されている。改質用燃料配管３８における燃料噴射弁５４の接続部には、該燃料噴射弁５４から噴射される燃料の温度を検知するための温度センサ５６が設けられている。
【００２３】
本実施の形態の内燃機関１０は、改質用燃料配管３８における下流端と主燃料配管３４とを連通させるための連通配管４０を備えている。連通配管４０の途中には、該連通配管４０の連通状態を切り替えるための電磁弁５８が設けられている。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力には、上述した温度センサ５６に加え、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサ（図示せず）が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力には、上述した燃料噴射弁５２，５４、電磁弁５８などの各種アクチュエータが接続されている。
【００２５】
［実施の形態の動作］
（燃料改質動作について）
次に、燃料改質器２２における動作について説明する。燃料改質器２２は、排気ガス中の未浄化成分を浄化するための三元触媒部２２１と、燃料から水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等の改質ガスを生成するための改質触媒部２２２とを有している。より具体的には、内燃機関１０から排気された排気ガスは、排気通路２０を流通して燃料改質器２２における三元触媒部２２１に導入される。三元触媒部２２１では、ＮＯｘやＨＣ等の未浄化成分が、触媒の作用によりＮ２やＣＯ２等に浄化される。
【００２６】
燃料改質器２２における三元触媒部２２１から排出された排気ガスは、排気通路２０を流通してＵ／Ｆ触媒２４内に導入される。Ｕ／Ｆ触媒２４は三元触媒であり、三元触媒部２２１において浄化されなかった未浄化成分を浄化することができる。Ｕ／Ｆ触媒２４から排気されたガスは、図示しないマフラーを通過して大気に放出される。
【００２７】
また、内燃機関１０から排気通路２０へ排気された排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路２６へ導入される。上述したとおり、ＥＧＲ通路２６における燃料改質器２２の上流側近傍には、燃料噴射弁５４が配置されている。燃料噴射弁５４から噴射された燃料は、排気ガスの排気熱により気化して該燃料改質器２２における改質触媒部２２２に導入される。改質触媒部２２２では、燃料と排気ガスとの混合ガスが、吸熱反応により水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等の高エネルギ成分に改質される。
【００２８】
生成された改質ガスは、ＥＧＲ通路２６を下流へ流通し、ＥＧＲクーラ２８において冷却される。その後、ＥＧＲ弁３０で流量を制御されて、吸気通路１２から内燃機関１０内へと導入される。これにより、燃焼速度の向上、高ＥＧＲ運転によるポンピングや冷損の低減による燃費向上、ノッキングの抑制等を図ることができる。
【００２９】
（本実施の形態の特徴）
改質触媒部２２２における燃料改質動作の開始・停止は、要求改質ガス量に基づいて決定される。より具体的には、要求改質ガス量は、改質触媒部２２２によって改質された改質ガスの温度の温度フィードバック、および内燃機関１０の運転条件に基づいて決定される。
【００３０】
ここで、改質触媒部２２２における燃料改質動作が停止されている場合、例えば、内燃機関１０の暖機運転中、ＥＧＲ運転中、或いは触媒の被毒回復処理中などにおいては、内燃機関１０は運転しているが、燃料噴射弁５４からの燃料噴射は停止されている。このため、改質用燃料配管３８内の燃料は、該配管内で滞留することとなる。
【００３１】
燃料改質器２２の周囲は、排気熱の影響で高温雰囲気になっている。このため、滞留している燃料は、該改質用燃料配管３８の外部から熱を受けて徐々に加熱されてしまう。特に、燃料噴射弁５４の近傍は、燃料改質器に近接しているため、排気熱の影響をより強く受けてしまう。燃料が加熱されると、気化・沸騰等が起きる上に、燃料密度が低下する。このため、燃料改質動作が開始された場合に、この低密度の燃料が噴射されると、初期の燃料噴射量が安定せずに、生成される改質ガス量が減少してしまうおそれがある。改質ガス量が減少すると、内燃機関１０の出力不足や燃費改善効果の遅れなどを引き起こしてしまう。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、燃料噴射弁５４から噴射される燃料の温度が高い場合に、滞留している高温の燃料を流通させることとする。より具体的には、燃料噴射弁５４から噴射される燃料の温度が所定の基準温度よりも高い場合に、連通配管４０に設けられた電磁弁５８を開弁することとする。
【００３３】
図２は、燃料改質動作が停止されている場合における、内燃機関の燃料系の流れを模式的に示す図である。この図に示すとおり、燃料噴射弁５４からの燃料噴射が停止されている場合において、電磁弁５８が開弁されると、改質用燃料配管３８の下流端と主燃料配管３４とが連通する。このため、改質用燃料配管３８に滞留していた高温の燃料は、該連通配管４０を通過して主燃料配管３４へ流通し、燃料噴射弁５２から内燃機関１０へ噴射される。
【００３４】
改質用燃料配管３８内の滞留燃料が流通すると、該改質用燃料配管３８内の燃料温度は低下する。このため、改質触媒部２２２における燃料改質動作が開始された場合に、燃料密度が低下した高温の燃料が該改質触媒部２２２へ導入される事態を効果的に回避することができる。
【００３５】
このように、燃料改質動作が停止されている場合に、改質用燃料配管３８内の燃料温度が所定の基準温度よりも高くならないようにすることで、燃料改質動作が開始時の燃料噴射量を安定させることができる。これにより、所望量の改質ガスを生成・供給することができるので、内燃機関１０の燃焼状態を良好に保つことができる。
【００３６】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ＥＣＵ５０が、内燃機関１０の運転中に実行するルーチンのフローチャートである。
【００３７】
図３に示すルーチンでは、先ず、燃料改質動作が実行中か否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、燃料噴射弁５４から燃料噴射が行われているか否かが判定される。その結果、燃料改質動作が実行中であると判定された場合には、改質用燃料配管３８内の燃料が流通しているため、該燃料の温度上昇のおそれはないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３８】
一方、上記ステップ１００において、燃料改質動作が停止中であると判定された場合には、改質用燃料配管３８内の燃料温度が上昇する可能性があると判断されて、次のステップに移行し、改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａが計測される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、温度センサ５６を用いて計測される。
【００３９】
次に、改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａが所定の基準温度Ｔ１以下か否かが判定される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において計測された温度Ｔａと所定の基準温度Ｔ１とが比較される。所定の基準温度Ｔ１は、燃料密度の低下を許容しうる最大の温度として、予め実験等により設定された値が使用される。その結果、燃料温度Ｔａ≦基準温度Ｔ１の成立が認められた場合には、該燃料の燃料密度が許容範囲内であると判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００４０】
一方、上記ステップ１０４において、燃料温度Ｔａ≦基準温度Ｔ１の成立が認められない場合には、改質用燃料配管３８内の燃料の燃料密度が、燃料噴射量が安定しない程度に低下していると判断されて、次のステップに移行し、電磁弁５８が開弁される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、電磁弁５８が開弁されて、主燃料配管３４と改質用燃料配管３８とが連通配管４０を介して連通される。
【００４１】
次に、規定時間カウンタが開始される（ステップ１０８）。規定時間は、改質用燃料配管３８、連通配管４０、および主燃料配管３４の長さや、内燃機関１０の放射熱の影響等を総合的に考慮して設定される。規定時間が経過すると、次のステップに移行し、電磁弁５８が閉弁される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、連通配管４０が遮断されて、主燃料配管３４と改質用燃料配管３８との連通状態が遮断される。
【００４２】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａが所定の基準温度Ｔ１よりも高くなった場合に、当該改質用燃料配管３８が連通配管４０を介して主燃料配管３４と規定時間連通される。これにより、改質用燃料配管３８内に滞留していた高温の燃料を主燃料配管３４へ流通させることができるので、改質用燃料配管３８内の燃料の温度を効果的に低下させることができる。
【００４３】
ところで、上述した実施の形態によれば、温度センサ５６を用いて改質用燃料配管３８内の燃料の温度Ｔａを計測することとしているが、温度Ｔａを取得する方法はこれに限られない。すなわち、改質用燃料配管３８内に滞留する燃料の温度は、内燃機関１０の運転継続時間が長いほど上昇する。このため、燃料改質動作が停止されてから、内燃機関１０の運転継続時間を計測し、この運転継続時間に基づいて、改質用燃料配管３８内の燃料温度Ｔａを取得することとしてもよい。
【００４４】
また、上述した実施の形態によれば、改質用燃料配管３８内の燃料の温度Ｔａが所定の基準温度より高い場合に、連通配管４０を介して、改質用燃料配管３８の下流端と主燃料配管３４とを連通させることとしているが、改質用燃料配管３８の連通先はこれに限られない。すなわち、改質用燃料配管３８内に滞留している高温の燃料を流通させることができるのであれば、例えば、燃料タンク３２へ再び戻すこととしてもよい。
【００４５】
図４は、内燃機関の燃料系の配管構造の変形例を模式的に示す図である。図４に示す変形例では、図２に示す連通配管４０に替えて、改質用燃料配管３８の下流端近傍と燃料タンク３２とを連通させるリターン配管４２が接続されている。リターン配管４２の途中には、該リターン配管４２の開閉を行うための電磁弁６０が配置されている。
【００４６】
図４に示すシステムにおいては、改質用燃料配管３８内の燃料の温度Ｔａが所定の基準温度Ｔ１よりも大きくなった場合に、電磁弁６０が開弁される。これにより、改質用燃料配管３８内の高温の燃料を燃料タンク３２内へ戻すことができる。
【００４７】
尚、上述した実施の形態においては、燃料改質器２２が前記第１の発明における「燃料改質装置」に、改質用燃料配管３８が前記第１の発明における「改質用燃料配管」に、燃料噴射弁５４が前記第１の発明における「供給装置」に、連通配管４０が前記第１の発明における「連通配管」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「温度取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流通手段」が、それぞれ実現されている。
【００４８】
また、上述した実施の形態においては、主燃料配管３４が前記第２の発明における「主燃料配管」に相当している。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、燃料タンク３２が前記第３の発明における「燃料供給源」に相当している。
【００５０】
また、上述した実施の形態においては、電磁弁５８が前記第５の発明における「開閉弁」に相当している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を説明するための図である。
【図２】燃料改質動作が停止されている場合における、内燃機関の燃料系の流れを模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】内燃機関の燃料系の配管構造の変形例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  エアクリーナ
１６  スロットルバルブ
２０  排気通路
２２  燃料改質器
２２１  三元触媒部
２２２  改質触媒部
２４  Ｕ／Ｆ触媒
２６  ＥＧＲ通路
２８  ＥＧＲクーラ
３０  ＥＧＲ弁
３２  燃料タンク
３４  主燃料配管
３６  燃料ポンプ
３８  改質用燃料配管
４０  連通配管
４２  リターン配管
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２，５４  燃料噴射弁
５６  温度センサ
５８，６０  電磁弁
【図１】
2010001793.tif 000003
【図２】
2010001793.tif 000004
【図３】
2010001793.tif 000005
【図４】
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