(57)【要約】【課題】ＥＧＲ通路上に設けた燃料改質器で燃料改質を行う内燃機関の製造コストを低減する。【解決手段】目標とするＥＧＲ率が所定値Ｘ以上で、燃料改質器１１内の触媒温度が所定温度以上の場合、燃料改質器１１での燃料改質が実施されるように内燃機関１が制御される（Ｓ７）。すなわち、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、排気行程での燃料噴射を実施する。そして、ＥＧＲ制御弁１０は、第１気筒２ａからの排気が全て燃料改質器１１に流入し、かつ第２〜第４気筒２ｂ〜２ｄの排気が燃料改質器１１に流入しないように制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に介装された燃料改質器と、上記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁と、を含んで構成される排気還流部と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、を有し、上記燃料改質器により上記ＥＧＲ通路内を流れる燃料成分を改質する筒内直接噴射式の多気筒内燃機関において、
上記内燃機関の気筒のうち少なくとも１つの気筒からなる燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態となるように上記排気還流部内の排気流路を切り替え、上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から所定のタイミングで燃料を噴射することにより上記燃料改質器で改質される燃料を供給することを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項２】
上記燃料改質器で改質される燃料は、膨張行程から排気行程の間に上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から噴射されることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関。
【請求項３】
上記排気還流部内の排気流路は、上記燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態と、上記燃料改質気筒からの排気の一部が上記燃料改質器に流入する状態と、全気筒からの排気が上記燃料改質器に流入しない状態と、のいずれかに切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関。
【請求項４】
上記燃料改質器で改質される燃料を上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から噴射するタイミングは、高負荷になるほど相対的に遅くなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
【請求項５】
上記燃料改質器での改質用に噴射される燃料量は、ＥＧＲ率が大きくなるほど多くなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ通路上の燃料改質器にて燃料改質を行う筒内直接噴射式の多気筒内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼を改善するために、内燃機関の燃料を触媒を利用して改質し、内燃機関の吸気に添加するようにした技術が従来から知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ＥＧＲ通路上に燃料改質用触媒と改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射弁とを設け、燃料改質用触媒上で改質用燃料を改質して、吸気通路に供給する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１のように、ＥＧＲ通路上に改質用燃料噴射弁を設ける場合、高温となる燃料改質触媒付近に設置されることになるため、改質用燃料噴射弁に冷却対策を施す必要がある。すなわち、改質用燃料噴射弁として高温対策がなされた高価な噴射弁を採用したり、冷却水が内部を通流するようなホルダで改質用燃料噴射弁を冷却するなど、高価な冷却対策を施す必要があり、製造コストが増大してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に介装された燃料改質器と、上記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁と、を含んで構成される排気還流部を有し、上記燃料改質器によりＥＧＲ通路内を流れる燃料成分を改質する筒内直接噴射式の多気筒内燃機関において、上記内燃機関の気筒のうち少なくとも１つの気筒からなる燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態となるように上記排気還流部内の排気流路を切り替え、上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から所定のタイミングで燃料を噴射することにより上記燃料改質器で改質される燃料を供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁から噴射された燃料を燃料改質器に供給することが可能となるので、ＥＧＲ通路上に燃料改質器へ燃料を供給する噴射弁を別途設ける必要がなく、ＥＧＲ通路上で燃料改質を行う内燃機関の製造コストを総じて低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る多気筒内燃機関のシステム構成図。
【図２】本発明の係る多気筒内燃機関における制御の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明を直列４気筒の筒内直接噴射式内燃機関に適用した場合を示したシステム構成図である。
【００１０】
内燃機関１は、自動車等の車両に搭載されるものであって、各気筒２の燃焼室３に、吸気分岐通路４と、排気分岐通路５が、それぞれ接続されている。図１の上方側から順に、第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄとすると、第１気筒２ａの燃焼室３ａには、吸気分岐通路４ａと排気分岐通路５ａが接続され、第２気筒２ｂの燃焼室３ｂには、吸気分岐通路４ｂと排気分岐通路５ｂが接続され、第３気筒２ｃの燃焼室３ｃには、吸気分岐通路４ｃと排気分岐通路５ｃが接続され、第４気筒２ｄの燃焼室３ｄには、吸気分岐通路４ｄと排気分岐通路５ｄが接続されている。また、各気筒２毎に、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁６ａ〜６ｄがそれぞれ設けられている。
【００１１】
吸気分岐通路４ａ〜４ｄは、吸気通路７から分岐するものであり、吸気通路７内の吸気を各気筒に分配する。
【００１２】
排気分岐通路５ａ〜５ｄは、各気筒から排気を排出するものであり、第２〜第４気筒２ｂ〜２ｄの燃焼室３ｂ〜３ｄに接続された排気分岐通路５ｂ〜５ｄは、下流側で合流して排気通路８となっている。
【００１３】
この排気通路８には、排気の一部を吸気通路７側に還流させるＥＧＲ通路９が接続されている。
【００１４】
そして、このＥＧＲ通路９には、燃料改質気筒である第１気筒２ａの燃焼室３ａに接続された排気分岐通路５ａがＥＧＲ制御弁１０を介して接続されていると共に、このＥＧＲ制御弁１０よりも排気が還流する方向で下流側となる位置に燃料改質器１１及びＥＧＲクーラ１２が介装されている。
【００１５】
ＥＧＲ制御弁１０は、車載のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１３により制御されている。このＥＧＲ制御弁１０は、第１気筒２ａから燃料改質器１１へ流入する排気量を制御することでＥＧＲ率を制御している。
【００１６】
燃料改質器１１は、例えばコージェライトからなるハニカム担体に、ロジウムを担持させ改質触媒であって、排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応や、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応により、後述する改質用燃料から水素を生成するものである。燃料改質器１１で生成された水素は、吸気通路７を経て各気筒２の燃焼室３内で燃焼することになり、内燃機関１の燃費向上や燃焼安定性に寄与することになる。
【００１７】
ＥＧＲクーラ１２は、吸気通路７に還流するＥＧＲガス（排気還流ガス）を冷却するものであって、燃料改質器１１よりも排気が還流する方向で下流側に位置している。
【００１８】
そして、本実施例の内燃機関１は、ＥＧＲ通路９、ＥＧＲ制御弁１０及び燃料改質器１１とを含んで構成される排気還流部１４の排気流路が、後述する第１〜第３のいずれかの状態に切り替えられるように構成されている。
【００１９】
すなわち、排気還流部１４は、全気筒からの排気が燃料改質器１１に流入しない第１の状態と、燃料改質気筒である第１気筒２ａからの排気の一部が燃料改質器１１に流入する第２の状態と、燃料改質気筒である第１気筒２ａからの排気の全てが燃料改質器１１に流入する第３の状態と、のいずれかに上記排気流路を切り替え可能に構成されている。
【００２０】
つまり、ＥＣＵ１３でＥＧＲ制御弁１０を制御することにより、排気還流部１４内の排気流路が、上記第１〜第３の状態のうちのいずれかの状態に切り替え可能となっている。なお、本実施例では、上記第２、３の状態において、燃料改質気筒ではない第２〜第４気筒２ｂ〜２ｄからの排気が燃料改質器１１に流入しないように排気還流部１４内の排気流路が切り替えられる。
【００２１】
ＥＣＵ１３は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関１の種々の制御を行うものであって、各種のセンサからの信号を基に処理を行うようになっている。このＥＣＵ１３には、運転者に操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２０、機関回転速度を検出可能なクランク角センサ２１、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２２、燃料改質器１１内の触媒温度を検出する温度センサ２３等の各種のセンサからの信号が入力されている。
【００２２】
そして、燃料改質器１１に改質用燃料を供給する際には、ＥＧＲ制御弁１０を制御して、排気還流部１４を上記第３の状態に切り替えて、第１気筒２ａが排気行程の間に、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａから燃料を噴射する。つまり、燃料改質器１１に改質用燃料を供給する場合、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、燃焼室３ａ内での燃焼のために吸入行程から圧縮行程の間に行う燃料噴射の他に、排気行程にも燃料噴射を実施する。
【００２３】
表１は、本実施例における排気還流部１４の切り替え状態をまとめたものである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
本実施例では、目標とするＥＧＲ率が「０」の場合、燃料改質器１１での燃料改質が実施されない（燃料改質ＯＦＦ）ように内燃機関１が制御される。すなわち、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、排気行程での燃料噴射を停止する。また、ＥＧＲ制御弁１０は、全気筒の排気が燃料改質器１１へ通流しないようすると共に、第１気筒２ａからの排気が排気通路８側へ通流するように制御される（第１の状態）。
【００２６】
また、第１気筒２ａの排気を全て吸気通路７側へ還流させた場合のＥＧＲ率（所定値Ｘ）よりも目標とするＥＧＲ率が小さい場合、燃料改質器１１での燃料改質は実施されない（燃料改質ＯＦＦ）ように内燃機関１が制御される。すなわち、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、排気行程での燃料噴射を停止する。また、ＥＧＲ制御弁１０は、第１気筒２ａからの排気の一部が燃料改質器１１に流入するとともに、残りが排気通路８側に流入し、かつ第２〜第４気筒２ｂ〜２ｄの排気が燃料改質器１１に流入しないように制御される（第２の状態）。
【００２７】
そして、目標とするＥＧＲ率が上記所定値Ｘ以上の場合、燃料改質器１１での燃料改質が実施される（燃料改質ＯＮ）ように内燃機関１が制御される。すなわち、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、排気行程での燃料噴射を実施する。また、ＥＧＲ制御弁１０は、第１気筒２ａからの排気が全て燃料改質器１１に流入し、かつ第２〜第４気筒２ｂ〜２ｄの排気が燃料改質器１１に流入しないように制御される（第３の状態）。
【００２８】
このように、燃料改質気筒である第１気筒２ａの筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁６ａを用いて、燃料改質器１１に燃料を供給することが可能となるので、燃料改質器１１へ燃料を供給するためだけの噴射弁をＥＧＲ通路９等に別途設ける必要がなくなる。
【００２９】
例えば、ＥＧＲ通路９に燃料改質器１１へ燃料を供給するための噴射弁を設ける場合、高温となる燃料改質器１１付近に設置されるため、高温対策がなされた高価な噴射弁を採用したり、冷却水が内部を通流するホルダで噴射弁を冷却する等の高価な冷却対策を施す必要がある。
【００３０】
しかしながら、本実施例では、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６ａとは別に、燃料改質器１１へ燃料を供給するためだけの噴射弁を設ける必要がないので、ＥＧＲ通路９上に高温対策がなされた高価な噴射弁を設けたり、ＥＧＲ通路９上に設けた噴射弁を冷却するための高価な冷却対策を省略することができ、ＥＧＲ通路９上で燃料改質を行う内燃機関１の製造コストを総じて低減することができる。
【００３１】
また、燃料改質を実施する場合には、燃料改質気筒である第１気筒２ａの排気が排気通路８側へ流入することがないようにＥＧＲ制御弁１０が制御され、排気還流部１４内の排気流路が上記第３の状態に切り替えられるので、第１気筒２ａで排気行程に噴射した燃料が排気通路８から外部に排出されることもない。
【００３２】
図２は、上述した本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１では、内燃機関１の冷却水温度が所定温度以上であるか否かを判定し、冷却水温度が所定温度以上（例えば５０〜６０℃以上）であればＳ２へ進み、冷却水温度が所定温度よりも低ければＳ６へ進む。
【００３３】
Ｓ２では、機関回転数及び要求トルク（要求負荷）を読み込む。要求トルクは、例えば、アクセル開度センサの検出値から算出される。
【００３４】
Ｓ３では、機関回転数と要求トルクから目標とするＥＧＲ率を算出する。目標とするＥＧＲ率は、例えば機関回転数と要求トルクに対応してＥＧＲ率が割り付けられた算出マップ等を用いて算出される。
【００３５】
Ｓ４では、Ｓ３で算出されたＥＧＲ率が「０」よりも大きいか否かを判定し、目標ＥＧＲ率が「０」よりも大きい場合にはＳ５に進み、そうでない場合にはＳ６へ進む。
【００３６】
Ｓ６では、ＥＧＲが実施されず、ＥＧＲ通路９を排気が還流することはないため、第１気筒２ａにおける排気行程での燃料噴射を停止する。また、ＥＧＲ制御弁１０は、排気還流部１４内の排気流路が上記第１の状態となるように制御される。
【００３７】
Ｓ５では、ＥＧＲ率と燃料改質器１１の温度から燃料改質の実施の可否を判定する。すなわち、Ｓ３で算出されたＥＧＲ率が所定値Ｘ以上で、燃料改質器１１内の触媒温度が所定温度（例えば４００℃以上）以上であればＳ７へ進み、そうでなければＳ８へ進む。
【００３８】
Ｓ７では、ＥＧＲが実施されると共に、燃料改質器１１において燃料改質が実施されるため、第１気筒２ａにおける排気行程での燃料噴射が実施される。また、ＥＧＲ制御弁１０は、排気還流部１４内の排気流路が上記第３の状態となるように制御される。
【００３９】
Ｓ８では、ＥＧＲが実施されるものの、燃料改質器１１において燃料改質は実施されないため、第１気筒２ａにおける排気行程での燃料噴射を停止する。また、ＥＧＲ制御弁１０は、排気還流部１４内の排気流路が上記第２の状態となるように制御される。
【００４０】
なお、本実施例では、燃料改質器１１で燃料改質が実施される場合、第１気筒２ａの燃料噴射弁６ａは、燃料改質器１１で燃料改質するための燃料を排気行程に噴射しているが、燃料改質器１１で燃料改質するための燃料は、第１気筒２ａの膨張行程から排気行程が終了するまでの間に噴射するようにしてもよい。
【００４１】
また、内燃機関１の負荷が高くなるほど燃焼温度が高くなるので、燃料改質器１１で燃料改質するための燃料が筒内で燃焼しないよう、燃料改質器１１で燃料改質するための燃料を噴射するタイミングは、高負荷になるほど相対的に遅くなるように設定される。
【００４２】
そして、燃料改質器１１で燃料改質が実施される場合、ＥＧＲ率が大きくなるほど、燃料改質器１１で燃料改質するための燃料噴射量が多くなっている。
【００４３】
また、上述した実施例では、内燃機関１の１つの気筒が燃料改質気筒となっているが、内燃機関の複数の気筒が燃料改質気筒となるように構成することも可能である。この場合には、例えば、複数ある燃料改質気筒の排気分岐通路の合流部分が、ＥＧＲ制御弁１０を介してＥＧＲ通路９に接続されるように構成すればよい。
【００４４】
そして、上記第３の状態のときに、燃料改質気筒からの排気が排気通路８へ流入することがないように排気還流部１４内の排気流路を構成可能であれば、上記第３の状態のときに、燃料改質気筒以外の気筒からの排気を燃料改質器１１に流入させることも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…内燃機関
２…気筒
３…燃焼室
４…吸気分岐通路
５…排気分岐通路
６…燃料噴射弁
７…吸気通路
８…排気通路
９…ＥＧＲ通路
１０…ＥＧＲ制御弁
１１…燃料改質器
１２…ＥＧＲクーラ
１３…ＥＣＵ
１４…排気還流部
【図１】
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【図２】
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