(57)【要約】【課題】  シンプルな機器構成で燃料を改質させるとともに、燃料改質時に使用するエネルギを低減させることが可能な内燃機関の燃料改質方法を提供する。【解決手段】  排気通路３に設けられた改質触媒４に燃料を供給して該燃料を改質ガスに改質させる内燃機関１の燃料改質方法であって、気筒２内に供給され、圧縮行程により昇温された燃料を、当該燃料が燃焼する前に排気弁７を開いて排出させる排出工程と、排出させた前記燃料を前記改質触媒に導く改質工程と、を備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた改質触媒に燃料を供給して該燃料を改質ガスに改質させる内燃機関の燃料改質方法であって、
気筒内に供給され、圧縮行程により昇温された燃料を、当該燃料が燃焼する前に排気弁を開いて排出させる排出工程と、排出させた前記燃料を前記改質触媒に導く改質工程と、を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質方法。
【請求項２】
前記排出工程において前記気筒から前記改質触媒が燃料改質性能を発揮する適正量の燃料が排出されるように前記気筒に燃料を供給する燃料供給工程を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項３】
前記排出工程は、前記内燃機関が前記内燃機関に要求される要求トルクが略ゼロになる低負荷で運転されている場合に実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項４】
前記排出工程は、前記内燃機関の減速時に実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項５】
前記改質触媒の下流の前記排気通路には、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化触媒が設けられ、
前記改質ガスを前記排気浄化触媒に導く改質ガス導入工程を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項６】
前記改質ガスを蓄える貯留手段が設けられ、
前記改質工程時に前記貯留手段に前記改質ガスを蓄える貯蔵工程と、前記リッチスパイク時に前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給する改質ガス供給工程と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項７】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、
前記昇温操作時に前記排気浄化触媒を昇温すべく前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給する昇温工程を備えていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項８】
前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記昇温操作時に前記昇温工程により前記排気浄化触媒を昇温させ、その後前記燃料添加手段により前記排気浄化触媒に燃料を添加するＰＭ再生工程を備えていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項９】
前記ＰＭ再生工程時に、前記貯留手段から供給される前記改質ガスの供給量を減少させるとともに、前記改質ガスの供給量の減少に対応させて前記排気浄化触媒への燃料の添加量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項１０】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、
前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記燃料添加手段により燃料を添加して昇温するＰＭ再生工程と、前記ＰＭ再生工程時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記貯留手段から前記排気浄化触媒の温度が低い場所に前記改質ガスを供給する温度調整工程と、を備えていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項１１】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、
前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記昇温操作時に前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスと前記燃料添加手段により添加される燃料とを前記排気浄化触媒に供給して昇温する昇温工程と、前記昇温工程時に前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が低いほど前記排気浄化触媒に供給する前記改質ガスの量を増加させる供給量調整工程と、を備えていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項１２】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、
前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記昇温操作時に前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスと前記燃料添加手段により添加される燃料とを前記排気浄化触媒に供給して昇温する昇温工程と、前記昇温工程時に前記排気浄化触媒における空間速度が高いほど前記排気浄化触媒に供給する前記改質ガスの量を増加させる供給量調整工程と、を備えていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項１３】
前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記昇温工程時には前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスが一定の流量で供給され、
前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記燃料添加手段により前記排気浄化触媒に燃料を添加する温度調整工程を備えていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃料改質方法。
【請求項１４】
燃料を改質ガスに改質させる改質触媒が排気通路に設けられた内燃機関の燃料改質装置において、
排気弁を排気行程時以外の時期に開弁させることが可能な開弁手段と、気筒内に供給され、圧縮行程により昇温された燃料を、該燃料が燃焼する前に前記改質触媒に導くべく前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させる動作制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１５】
前記気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備え、
前記動作制御手段は、前記開弁手段による前記排気弁の開弁時に前記気筒から前記改質触媒が燃料改質性能を発揮する適正量の燃料が前記改質触媒に導かれるように前記燃料供給手段の動作を制御して前記気筒に供給される燃料量を調整することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１６】
前記動作制御手段は、前記内燃機関が前記内燃機関に要求される要求トルクが略ゼロになる低負荷で運転されている場合に前記開弁手段の動作を制御して前記改質触媒に前記圧縮行程で昇温された燃料を導くことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１７】
前記動作制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記開弁手段の動作を制御して前記改質触媒に前記圧縮行程で昇温された燃料を導くことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１８】
前記改質触媒の下流の前記排気通路には、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化触媒が設けられ、
前記動作制御手段は、前記リッチスパイク時に改質された燃料が前記排気浄化触媒に導かれるように前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１９】
前記改質ガスを蓄える貯留手段と、前記貯留手段に前記改質ガスを導入する導入手段と、前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスを前記排気浄化触媒に供給する供給手段と、を備え、
前記動作制御手段は、前記リッチスパイク時に前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２０】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記貯留手段から前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２１】
前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記供給手段の動作を制御して前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給させ、その後前記燃料添加手段の動作を制御して前記排気浄化触媒に燃料を添加させることを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２２】
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒への燃料供給時に、前記貯留手段から供給される前記改質ガスの供給量が減少するように前記供給手段の動作を制御するとともに、前記改質ガスの減少に対応させて前記排気浄化触媒への燃料の添加量が増加するように前記燃料添加手段の動作を制御することを特徴とする請求項２１に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２３】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、
前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記燃料添加手段の動作を制御して前記排気浄化触媒に燃料を添加させるとともに、この昇温操作時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記供給手段の動作を制御して前記排気浄化触媒の温度の低い場所に前記貯留手段から前記改質ガスを供給することを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２４】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、
前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に燃料と改質ガスとがそれぞれ前記排気浄化触媒に供給されるように前記燃料添加手段及び前記供給手段の動作を制御する燃料供給割合調整手段を備え、
前記燃料供給割合調整手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が低いほど前記改質ガスの供給量が増加するように前記供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２５】
前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、
前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に燃料と改質ガスとがそれぞれ前記排気浄化触媒に供給されるように前記燃料添加手段及び前記供給手段の動作を制御する燃料供給割合調整手段を備え、
前記燃料供給割合調整手段は、前記昇温操作時の前記排気浄化触媒における空間速度が高いほど前記改質ガスの供給量が増加するように前記供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２６】
前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、
前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記貯留手段から一定の流量で前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御するとともに、この昇温操作時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記燃料添加手段の動作を制御して燃料を添加することを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２７】
前記改質触媒を迂回するバイパス通路と、前記改質触媒と前記バイパス通路とに前記内燃機関の気筒から排出されたガスの流れを切り替え可能な弁手段と、を備え、
前記動作制御手段は、前記開弁手段により前記排気弁が開弁されるとき以外の時期は前記気筒から排出されたガスが前記バイパス通路に導かれるように前記弁手段の動作を制御することを特徴とする請求項１４〜２６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２８】
前記内燃機関は四つの気筒を有し、
前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、
前記改質触媒は、前記四つの気筒のうちのいずれか一気筒の前記分岐部に配置されていることを特徴とする請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２９】
前記内燃機関は六つ又は八つの気筒を有し、
前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、
前記改質触媒は、前記六つ又は八つの気筒のうちのいずれか二気筒の前記分岐部に配置されていることを特徴とする請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項３０】
前記内燃機関は複数の気筒を有し、
前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、
前記改質触媒は前記分岐部のそれぞれに配置され、
前記動作制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程が三回又は四回行われる毎に一回の割合で、前記圧縮行程で昇温された燃料が燃焼する前に前記改質触媒に導かれるように前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させることを特徴とする請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料改質方法及び燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘトラップにトラップされているＮＯｘの脱離還元処理時に、改質触媒を有する燃料改質器に供給する燃料と空気の量を調整し、この燃料改質器で生成された改質ガスを還元剤としてＮＯｘトラップに投入する装置が知られている（特許文献１参照）。排気浄化用触媒の昇温を目的として、混合気点火後であって且つ膨張行程終了前に排気弁を開き、高温の排気を触媒に供給する装置が知られている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜５が存在する。
【特許文献１】特開２００１−２５４６４０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７０５５６号公報
【特許文献３】特開平０９−２１３６２号公報
【特許文献４】特開２００３−８３０３２号公報
【特許文献５】特開２００３−７４３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の装置では、燃料改質時に改質触媒に空気を供給する空気ポンプなどの燃料改質機構が別途必要である。改質触媒は燃料を適正に改質する温度域において燃料改質性能を発揮するが、燃焼後の排気ガスの熱では改質触媒がこの温度域まで昇温されない可能性がある。そのため、改質触媒のこの温度域への昇温に使用されるエネルギによって内燃機関のエネルギ効率が悪化し、燃費が悪化するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、シンプルな機器構成で燃料を改質させるとともに、燃料改質時に使用するエネルギを低減させることが可能な内燃機関の燃料改質方法及び燃料改質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】
【０００５】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、排気通路に設けられた改質触媒に燃料を供給して該燃料を改質ガスに改質させる内燃機関の燃料改質方法であって、気筒内に供給され、圧縮行程により昇温された燃料を、当該燃料が燃焼する前に排気弁を開いて排出させる排出工程と、排出させた前記燃料を前記改質触媒に導く改質工程と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の燃料改質方法によれば、気筒内において圧縮行程で昇温された燃料を、この燃料が燃焼する前に改質触媒に導くので、排気よりも高温且つ高圧の燃料を改質触媒に供給することができる。そのため、改質触媒の昇温に使用するエネルギを低減させることができる。
【０００７】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記排出工程において前記気筒から前記改質触媒が燃料改質性能を発揮する適正量の燃料が排出されるように前記気筒に燃料を供給する燃料供給工程を備えていてもよい（請求項２）。このように気筒に燃料を供給することで、改質工程時に改質触媒で適正に燃料の改質を行うことができる。
【０００８】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記排出工程は、前記内燃機関が前記内燃機関に要求される要求トルクが略ゼロになる低負荷で運転されている場合に実行されてもよい（請求項３）。排出工程では燃焼前の燃料を気筒から排出させるので、この気筒から出力を取り出すことができない。そこで、内燃機関が低負荷で運転されている場合に排出工程を実行し、出力低下による内燃機関の運転状態への影響を抑制する。
【０００９】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記排出工程は、前記内燃機関の減速時に実行されてもよい（請求項４）。このように内燃機関の減速時に排出工程を実行することで、出力低下による内燃機関の運転状態への影響を抑制することができる。また、この排出工程による出力低下により、内燃機関の減速を促進させることができる。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記改質触媒の下流の前記排気通路には、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化触媒が設けられ、前記改質ガスを前記排気浄化触媒に導く改質ガス導入工程を備えていてもよい（請求項５）。このように改質ガスを排気浄化触媒に導くことで、排気浄化触媒に対して有効なリッチスパイクを行うことができる。
【００１１】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記改質ガスを蓄える貯留手段が設けられ、前記改質工程時に前記貯留手段に前記改質ガスを蓄える貯蔵工程と、前記リッチスパイク時に前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給する改質ガス供給工程と、を備えていてもよい（請求項６）。この場合、内燃機関の運転状態に支障がない場合に排出工程及び改質工程を実行して貯留手段に改質ガスを蓄えておくことができる。そのため、排出工程により内燃機関の運転状態への影響をさらに抑制することができる。また、貯留手段に蓄えた改質ガスを使用してリッチスパイクを行うので、排気浄化触媒に対して適正な時期にリッチスパイクを行うことができる。
【００１２】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、前記昇温操作時に前記排気浄化触媒を昇温すべく前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給する昇温工程を備えていてもよい（請求項７）。排気浄化触媒に燃料を供給して昇温操作を行う場合、排気浄化触媒の前端面に近い場所（排気流れに対して上流側の部分）では酸化反応せずに排気浄化触媒の下流側の部分で反応し、排気浄化触媒に温度分布を生じさせるおそれがある。一方、改質ガスは燃料と比較して反応性が高く、排気浄化触媒において速やかに反応するため、排気浄化触媒の前端面に近い場所から排気浄化触媒を昇温させることができる。そのため、昇温操作中における排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。また、反応性の高い改質ガスを使用するため、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低いときでも、排気浄化触媒を粒子状物質が酸化除去される温度域まで昇温することができる。
【００１３】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記昇温操作時に前記昇温工程により前記排気浄化触媒を昇温させ、その後前記燃料添加手段により前記排気浄化触媒に燃料を添加するＰＭ再生工程を備えていてもよい（請求項８）。昇温操作時にまず改質ガスを排気浄化触媒に供給することで、排気浄化触媒の上流側部分を昇温させることができる。排気浄化触媒の温度が上昇した後は反応性の低い燃料でもこの上流側部分で反応するため、排気浄化触媒の温度分布の発生を抑制しつつ排気浄化触媒の機能を再生することができる。
【００１４】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記ＰＭ再生工程時に、前記貯留手段から供給される前記改質ガスの供給量を減少させるとともに、前記改質ガスの供給量の減少に対応させて前記排気浄化触媒への燃料の添加量を増加させてもよい（請求項９）。このように、排気浄化触媒を改質ガスで昇温した後、改質ガスの供給量を減少させつつ燃料添加量を増加させることで、改質ガスによる昇温から燃料による昇温に徐々に移行させることができる。これにより、排気浄化触媒の急な温度変化を抑制できるので、温度分布の発生をさらに抑制することができる。
【００１５】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記燃料添加手段により燃料を添加して昇温するＰＭ再生工程と、前記ＰＭ再生工程時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記貯留手段から前記排気浄化触媒の温度が低い場所に前記改質ガスを供給する温度調整工程と、を備えていてもよい（請求項１０）。燃料による排気浄化触媒の昇温操作時に排気浄化触媒に流入する排気の温度が低い場合、排気浄化触媒の上流側の部分の温度が低下する可能性がある。また、昇温操作時に排気浄化触媒からの放熱量が多い場合は、排気浄化触媒の外周部の温度が低下するおそれがある。そこで、このような温度の低い場所が発生した場合は、これらの場所に反応性の高い改質ガスを供給して温度を上昇させる。これにより、排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。
【００１６】
本発明の内燃機関の燃料改質方法において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記昇温操作時に前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスと前記燃料供給手段により供給される燃料とを前記排気浄化触媒に供給して昇温する昇温工程と、前記昇温工程時に前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が低いほど前記排気浄化触媒に供給する前記改質ガスの量を増加させる供給量調整工程と、を備えていてもよい（請求項１１）。排気浄化触媒に流入する排気の温度が低いほど、排気浄化触媒の上流側の部分の温度が低下し易い。そこで、排気の温度が低いほど排気浄化触媒への改質ガスの供給量を増加させ、排気浄化触媒の上流側部分の温度の低下を抑制する。そのため、排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。
【００１７】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温される昇温操作により機能が再生され、前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記昇温操作時に前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスと前記燃料添加手段により添加される燃料とを前記排気浄化触媒に供給して昇温する昇温工程と、前記昇温工程時に前記排気浄化触媒における空間速度が高いほど前記排気浄化触媒に供給する前記改質ガスの量を増加させる供給量調整工程と、を備えていてもよい（請求項１２）。排気浄化触媒における空間速度（ＳＶ、Ｓｐａｃｅ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が高いほど排気浄化触媒における反応率が低下するので、排気浄化触媒の上流側部分の温度が低下し易く、温度分布が発生し易い。そこで、ＳＶが高いほど反応性の高い改質ガスの量を増加させ、排気浄化触媒の温度分布の発生を抑制する。なお、本発明における空間速度（ＳＶ）とは、１時間に触媒を通過したガス体積を示している。
【００１８】
本発明の内燃機関の燃料改質方法は、前記排気浄化触媒を昇温すべく前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記昇温工程時には前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスが一定の流量で供給され、前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記燃料添加手段により前記排気浄化触媒に燃料を添加する温度調整工程を備えていてもよい（請求項１３）。改質ガスの成分は、燃料改質時における改質触媒の温度、活性状態及び改質触媒の劣化状態などによって変化する。そこで、成分は不安定であるが反応性の高い改質ガスを一定の流量で排気浄化触媒に供給することで、排気浄化触媒の上流側部分の昇温を行い、この昇温によって生じた温度分布を性状の安定している燃料によって抑制する。このように性状の安定した燃料によって排気浄化触媒の温度を調整することで、排気浄化触媒に添加すべき燃料量を推定し易くすることができる。そのため、温度調整を適正に実施することができる。
【００１９】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、燃料を改質ガスに改質させる改質触媒が排気通路に設けられた内燃機関の燃料改質装置において、排気弁を排気行程時以外の時期に開弁させることが可能な開弁手段と、気筒内に供給され、圧縮行程により昇温された燃料を、該燃料が燃焼する前に前記改質触媒に導くべく前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させる動作制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１４）。
【００２０】
本発明の燃料改質装置によれば、圧縮行程により昇温された燃料をこの燃料が燃焼する前に排気弁を開いて改質触媒に導くので、上述した本発明の燃料改質方法と同様に、排気よりも高温且つ高圧の燃料を改質触媒に供給することができる。また、この燃料改質装置によれば、開弁手段を設けることで高温、高圧の燃料を改質触媒に導くことができるので、シンプルな機器構成で燃料を改質させることができる。
【００２１】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、前記気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備え、前記動作制御手段は、前記開弁手段による前記排気弁の開弁時に前記気筒から前記改質触媒が燃料改質性能を発揮する適正量の燃料が前記改質触媒に導かれるように前記燃料供給手段の動作を制御して前記気筒に供給される燃料量を調整してもよい（請求項１５）。このように気筒に供給される燃料量を調整することで、改質触媒において燃料を適正に改質することができる。
【００２２】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記動作制御手段は、前記内燃機関が前記内燃機関に要求される要求トルクが略ゼロになる低負荷で運転されている場合に前記開弁手段の動作を制御して前記改質触媒に前記圧縮行程で昇温された燃料を導いてもよいし（請求項１６）、前記動作制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記開弁手段の動作を制御して前記改質触媒に前記圧縮行程で昇温された燃料を導いてもよい（請求項１７）。このような時期に気筒から燃焼前の燃料を排出させることで、内燃機関の運転状態への影響を抑制することができる。また、減速時には、内燃機関の減速を促進させることができる。
【００２３】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記改質触媒の下流の前記排気通路には、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化触媒が設けられ、前記動作制御手段は、前記リッチスパイク時に改質された燃料が前記排気浄化触媒に導かれるように前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させてもよい（請求項１８）。この態様によれば、改質ガスにより排気浄化触媒に対して有効なリッチスパイクを行うことができる。
【００２４】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、前記改質ガスを蓄える貯留手段と、前記貯留手段に前記改質ガスを導入する導入手段と、前記貯留手段に蓄えられている前記改質ガスを前記排気浄化触媒に供給する供給手段と、を備え、前記動作制御手段は、前記リッチスパイク時に前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御してもよい（請求項１９）。この態様によれば、内燃機関の運転状態に支障がない場合に改質ガスを貯留手段に蓄え、この貯留手段に蓄えられた改質ガスを使用してリッチスパイクを行うことができる。そのため、内燃機関の運転状態への影響を抑制するとともに、排気浄化触媒に対して適正な時期にリッチスパイクを行うことができる。
【００２５】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記貯留手段から前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御してもよい（請求項２０）。この態様によれば、改質ガスを使用して排気浄化触媒の昇温操作を行うので、排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。
【００２６】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記供給手段の動作を制御して前記貯留手段から前記排気浄化触媒に前記改質ガスを供給させ、その後前記燃料添加手段の動作を制御して前記排気浄化触媒に燃料を添加させてもよい（請求項２１）。また、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒への燃料供給時に、前記貯留手段から供給される前記改質ガスの供給量が減少するように前記供給手段の動作を制御するとともに、前記改質ガスの減少に対応させて前記排気浄化触媒への燃料の添加量が増加するように前記燃料添加手段の動作を制御してもよい（請求項２２）。改質ガスと燃料とをこのように排気浄化触媒に供給することで、昇温操作時における排気浄化触媒の温度分布の発生を抑制することができる。
【００２７】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記燃料添加手段の動作を制御して前記排気浄化触媒に燃料を添加させるとともに、この昇温操作時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記供給手段の動作を制御して前記排気浄化触媒の温度の低い場所に前記貯留手段から前記改質ガスを供給してもよい（請求項２３）。このように排気浄化触媒の温度の低い場所に反応性の高い改質ガスを供給することで、排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。
【００２８】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に燃料と改質ガスとがそれぞれ前記排気浄化触媒に供給されるように前記燃料添加手段及び前記供給手段の動作を制御する燃料供給割合調整手段を備え、前記燃料供給割合調整手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が低いほど前記改質ガスの供給量が増加するように前記供給手段の動作を制御してもよい（請求項２４）。また、前記排気浄化触媒は、前記排気浄化触媒に付着した粒子状物質が酸化除去される温度域に昇温操作されることで機能が再生され、前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に燃料と改質ガスとがそれぞれ前記排気浄化触媒に供給されるように前記燃料添加手段及び前記供給手段の動作を制御する燃料供給割合調整手段を備え、前記燃料供給割合調整手段は、前記昇温操作時の前記排気浄化触媒における空間速度が高いほど前記改質ガスの供給量が増加するように前記供給手段の動作を制御してもよい（請求項２５）。このように燃料と改質ガスとを供給して排気浄化触媒を昇温する場合は、排気温度や空間速度に応じて改質ガスの供給量を変化させることで、昇温操作時における排気浄化触媒の温度分布を抑制することができる。
【００２９】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、前記内燃機関の燃料供給系統から前記排気浄化触媒に燃料を添加する燃料添加手段が設けられ、前記動作制御手段は、前記排気浄化触媒の昇温操作時に前記排気浄化触媒に前記貯留手段から一定の流量で前記改質ガスが供給されるように前記供給手段の動作を制御するとともに、この昇温操作時に前記排気浄化触媒の温度分布が抑制されるように前記燃料添加手段の動作を制御して燃料を添加してもよい（請求項２６）。この態様によれば、性状の安定した燃料で排気浄化触媒の温度調整を行うので、温度を調整するために必要な燃料量を推定し易い。そのため、温度調整を適正に実施することができる。
【００３０】
本発明の内燃機関の燃料改質装置は、前記改質触媒を迂回するバイパス通路と、前記改質触媒と前記バイパス通路とに前記内燃機関の気筒から排出されたガスの流れを切り替え可能な弁手段と、を備え、前記動作制御手段は、前記開弁手段により前記排気弁が開弁されるとき以外の時期は前記気筒から排出されたガスが前記バイパス通路に導かれるように前記弁手段の動作を制御してもよい（請求項２７）。触媒の劣化は、空燃比がリーンで高温の場合に促進される。この態様によれば、開弁手段により排気弁が開弁されるとき以外は、気筒から排出されたガスがバイパス通路に導かれるので、このとき以外の時期における改質触媒への気筒から排出されたガス（排気）の流入を抑制できる。そのため、改質触媒の劣化を抑制することができる。
【００３１】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記内燃機関は四つの気筒を有し、前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、前記改質触媒は、前記四つの気筒のうちのいずれか一気筒の前記分岐部に配置されていてもよい（請求項２８）。このように四気筒のうちのいずれか一気筒の分岐部にのみ改質触媒を配置することで、開弁手段による排気弁の開弁時にこの一気筒の空燃比をリッチにしても、この気筒以外の気筒の空燃比をリーンにすることで排気の空燃比を理論空燃比に近付けることができる。排気の空燃比を理論空燃比に近付けることで排気中の酸素量を増加させることができるため、リッチスパイク時における排気の空燃比が濃い（空燃比がリッチで酸素量が少ない）場合と比較して、触媒下流に吐き出される炭化水素（ＨＣ）の量が抑制できる。また、排気浄化触媒の昇温操作時に、より少ない燃料で速やかに昇温操作時の目標温度域に到達させることができる。
【００３２】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記内燃機関は六つ又は八つの気筒を有し、前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、前記改質触媒は、前記六つ又は八つの気筒のうちのいずれか二気筒の前記分岐部に配置されていてもよい（請求項２９）。六気筒又は八気筒の内燃機関の場合は、このように改質触媒を配置することで、開弁手段による排気弁の開弁時における排気の空燃比を理論空燃比に近付けることができる。
【００３３】
本発明の内燃機関の燃料改質装置において、前記内燃機関は複数の気筒を有し、前記排気通路は前記内燃機関の気筒毎に分岐した分岐部を備え、前記改質触媒は前記分岐部のそれぞれに配置され、前記動作制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程が三回又は四回行われる毎に一回の割合で、前記圧縮行程で昇温された燃料が燃焼する前に前記改質触媒に導かれるように前記開弁手段の動作を制御して前記排気弁を開弁させてもよい（請求項３０）。内燃機関の各気筒の分岐部に改質触媒が配置されている場合は、開弁手段により排気弁を開弁する割合をこのように設定することで、排気の空燃比を理論空燃比に近付けることができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上に説明したように、本発明によれば、圧縮行程により昇温された燃料をこの燃料が燃焼する前に排気弁を開けて改質触媒に導くので、排気よりも高温且つ高圧の燃料を改質触媒に供給することができる。そのため、燃料改質時に改質触媒の昇温に使用するエネルギを低減させることができる。従って、内燃機関のエネルギ効率を向上させ、燃費の悪化を抑制することができる。また、排気弁を排気行程時以外の時期に開弁できる開弁手段を設けることで、高温、高圧の燃料を改質触媒に供給することができるので、シンプルな機器構成で燃料を改質することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の燃料改質装置が組み込まれた内燃機関としてディーゼルエンジン１の一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、その各気筒２（図１では＃１〜＃４の４つ）には排気通路３が接続されている。排気通路３は、気筒２毎に分岐した複数（図１では４つ）の分岐部３ａと、これら分岐部３ａが集合する集合部３ｂとを備えている。分岐部３ａには、例えばエンジン１の排気ポートや、排気マニホールドの各気筒２の排気ポートと接続される分岐管が含まれる。図１に示したように分岐部３ａの一箇所には改質触媒４が、集合部３ｂよりも下流の排気通路３には排気浄化触媒５がそれぞれ設けられている。排気浄化触媒５としては、例えばパティキュレートを捕捉するためのフィルタ基材に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持させたものが設けられる。各気筒２には、各気筒２に燃料を供給する燃料供給手段としてのインジェクタ６と、排気弁７とがそれぞれ設けられている。各気筒２の排気弁７は、動弁装置８によって開閉駆動される。なお、図１では、分岐部３ａに改質触媒４が設けられた気筒２（＃４の気筒）の動弁装置８のみを示している。
【００３６】
図２は動弁装置８の拡大図である。なお、図２（ａ）は開弁機構８の概略構成図を示し、図２（ｂ）は排気弁７を駆動するためのカム等の詳細図を示している。動弁装置８は、油圧式アクチュエータ１０１と、油圧式アクチュエータ１０１によって駆動される駆動機構１０２と、駆動機構１０２によって操作される操作部１０３とを備えている。駆動機構１０２は、油圧式アクチュエータ１０１に連結されたコントロールロッド１０４と、コントロールロッド１０４に取り付けられたコントロールプレート１０５と、コントロールプレート１０５を図２（ａ）の右側に付勢するためのスプリング１０６とを備えている。操作部１０３は、通常用ロッカーアーム１０７と、強制開弁用ロッカーアーム１０８と、コントロールプレート１０５によって押動されるロックピン１０９と、ロックピン１０９を図２（ａ）の左側に付勢するロックピンリターンスプリング１１０とを備えている。ロックピン１０９には、ロックピン１０９を動作させるタイミングを調整するタイミングコントロール機構１１１が設けられている。ロックピン１０９は、コントロールプレート１０５によって押動されることにより、通常用ロッカーアーム１０７と強制開弁用ロッカーアーム１０８とを連結させる。コントロールロッド１０４の油圧アクチュエータ１０１と連結された側の反対側には、ストッパ１１２が設けられている。図２（ｂ）の詳細図に示したように、通常用ロッカーアーム１０７には通常用カム１１３が、強制開弁用ロッカーアーム１０８には強制開弁用カム１１４が当接されている。通常用カム１１３には、＃４の気筒２の排気行程時に所定のタイミングで排気弁７が開弁するようにノーズが設けられている。一方、強制開弁用カム１１４には、＃４の気筒２の圧縮行程時に所定のタイミングで排気弁７が開弁するようにノーズが設けられている。通常用カム１１３によって排気行程時に排気弁７が開弁される所定のタイミングは、エンジン１が適正に運転される公知のタイミングでよいため、詳細な説明は省略する。一方、強制開弁用カム１１４によって圧縮行程時に排気弁７が開弁される所定のタイミングとしては、気筒２に供給され、圧縮行程によって昇温された燃料を、この燃料が燃焼する前に排気通路３に排出可能なタイミングが設定される。油圧式アクチュエータ１０１は、油圧ポンプ１１５によって油圧タンク１１６から供給される作動油によって駆動される。
【００３７】
次に、動弁装置８の動作の一例を説明する。
図２の動弁装置８では、通常、ロックピン１０９が図２（ａ）に示した位置にあり、通常用ロッカーアーム１０７と強制開弁用ロッカーアーム１０８とが連結されていない。そのため、通常用カム１１３の回転のみが通常用ロッカーアーム１０７を介して排気弁７に伝達される。従って、排気弁２は排気行程時に排気が排出されるように所定のタイミングで開閉駆動される。なお、この排気弁７の開閉動作は公知のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。一方、油圧アクチュエータ１０１によってロックピン１０９が図２（ａ）の右側に押動された場合は、通常用ロッカーアーム１０７と強制開弁用ロッカーアーム１０８とが連結される。ロッカーアーム連結時は、強制開弁用カム１１４の動作も排気弁７に伝達される。そのため、気筒２の圧縮行程時の上述した所定のタイミングに排気弁７が開弁される。このように排気行程時以外の時期に排気弁７を開弁させることで、動弁装置８は本発明の開弁手段として機能する。
【００３８】
排気浄化触媒５に担持されている吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気の空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、排気の酸素濃度が低下すると吸蔵していたＮＯｘを放出する。そこで、排気浄化触媒５に吸蔵されているＮＯｘ量が飽和に達する前に還元剤を供給して排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定（リッチスパイク）し、排気浄化触媒５に吸蔵されているＮＯｘを放出させるとともにＮ２に還元（ＮＯｘ還元）させ、排気浄化触媒５の機能を再生させる。還元剤としては、例えば燃料や燃料を改質させた改質ガス（例えば水素（Ｈ）、一酸化炭素（ＣＯ）など）が使用される。燃料の改質ガスへの改質は改質触媒４によって行われる。改質触媒４は、燃料改質性能を発揮する空燃比（例えばＡ／Ｆ５程度）、温度域（例えば６００°Ｃ以上）を有しており、このような空燃比、温度域において適正に燃料を改質する。
【００３９】
動弁装置８の動作（油圧ポンプ１１５の動作）は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。ＥＣＵ１０はインジェクタ６の動作を制御して気筒２に供給する燃料量を調整するなどしてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ１０は、動弁装置８の動作を制御して、リッチスパイク時に燃料を改質ガスに改質させる。図３は、燃料改質時にＥＣＵ１０が動弁装置８の動作を制御するために実行する排気弁動作制御ルーチンを示すフローチャートである。図３の制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ１０は本発明の動作制御手段として機能する。図３の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００４０】
図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１０は、まずステップＳ１１でエンジン１が低負荷運転状態又は減速状態であるか否か判断する。エンジン１が低負荷運転状態又は減速状態であるか否かは、例えば不図示のエンジン回転角度センサの出力信号を参照して判断してもよいし、吸入空気量や燃料供給量などを参照してエンジン１の運転状態を推定して判断してもよい。なお、本発明において低負荷とは、エンジン１に要求される要求トルクが略ゼロの場合を指す。このような低負荷運転としては例えばアイドル運転などが設定される。エンジン１の減速運転には、エンジン１に供給する燃料をカットする燃料カット（Ｆ／Ｃ）減速運転も含まれる。エンジン１が低負荷運転状態又は減速状態ではないと判断した場合は、ステップＳ１２をスキップしてステップＳ１３に進む。一方、エンジン１が低負荷運転状態又は減速状態であると判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ１０はリッチスパイクを実施する時期か否か判断する。ＥＣＵ１０は他のルーチンにおいてエンジン１に供給された燃料量及び吸入空気量を参照して排気浄化触媒５に流入したＮＯｘ量を推定し、この推定したＮＯｘ量を積算して排気浄化触媒５に吸蔵されているＮＯｘ量を推定している。リッチスパイクは、このＮＯｘ量の積算値が所定値以上であると判断した場合に実行される。所定値としては、例えば排気浄化触媒５の排気浄化性能が低下し始めるＮＯｘ量が設定される。リッチスパイクを実施する時期ではないと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ１０は油圧ポンプ１１５の動作を制御して通常用ロッカーアーム１０７と強制開弁用ロッカーアーム１０８とが連結されないようにロックピン１０９の位置を変更する。即ち、排気弁７が排気行程時に開弁駆動される通常動作をするように動弁装置８の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４１】
一方、リッチスパイクを実施する時期であると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ１０は＃４の気筒２内の空燃比が、改質触媒４が燃料改質性能を発揮する所定の空燃比（例えばＡ／Ｆ５程度）に調整されるようにインジェクタ６の動作を制御して気筒２に適正量の燃料を供給する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ１０は、油圧ポンプ１１５の動作を制御して通常用ロッカーアーム１０７と強制開弁用ロッカーアーム１０８とが連結されるようにロックピン１０９の位置を変更する。即ち、排気弁７が圧縮行程時の所定のタイミングで開弁される強制開弁動作をするように動弁装置８の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４２】
図３の制御ルーチンでは、排気浄化触媒５に対してリッチスパイクを実施する際、動弁装置８により＃４の排気弁７を圧縮行程時の所定のタイミングで開弁させるので、圧縮行程により昇温され、かつ燃焼する前の燃料を改質触媒４に供給することができる。また、気筒２からは改質触媒４が燃料改質性能を発揮する適正量の燃料が排出される。そのため、改質触媒４において適正に燃料を改質させることができる。改質触媒４には圧縮行程によって排気よりも高温に昇温された燃料が導かれるため、改質触媒４を昇温するためのエネルギを低減することができる。なお、ステップＳ１５において開弁した排気弁７を閉弁させる時期としては、例えばステップＳ１４において気筒２に供給した燃料がほぼ全量排出されるような時期が設定される。ステップＳ１５において排気弁７を開弁させる所定のタイミングは圧縮行程時に限定されない。圧縮行程によって昇温された燃料を、この燃料が燃焼する前に改質触媒４に導けるような種々のタイミングを設定することができる。
【００４３】
ステップＳ１５において排気弁７を開弁させる場合は、気筒２から燃焼前に燃料が排出されるためエンジン１の出力が低下するが、この処理はエンジン１の低負荷運転時又は減速時（ステップＳ１１が肯定判断された場合）に行われるので、出力低下によるエンジン１の運転状態への影響を抑制することができる。図１の実施形態では、エンジン１の四つの気筒２のうちの一気筒（図１では＃４の気筒）の分岐部３ａにのみ改質触媒４が配置されている。このように四気筒のうちの一気筒にのみ改質触媒４を配置することで、リッチスパイク時にこの一気筒から排出されるガスの空燃比がリッチ（例えばＡ／Ｆ５程度）であっても、他の三気筒から排出される排気の空燃比をリーン（例えばＡ／Ｆ３０程度）にすることで、排気浄化触媒５に流入する排気の空燃比を理論空燃比に近付けることができる。そのため、排気浄化触媒５に流入する酸素量を増加させ、排気浄化触媒５の下流に吐き出されるＨＣ量を抑制できる。また、後述するように排気浄化触媒５を昇温させる場合は、より少ない燃料や改質ガスで速やかに排気浄化触媒５を昇温時の目標温度に昇温することができる。
【００４４】
図４は、第一の実施形態の変形例である。図４の変形例では、エンジン１の各気筒２の分岐部３ａにそれぞれ改質触媒４が配置されている点が図１と異なる。なお、図４において図１と共通する部分には同一符号を付してある。この変形例では、各気筒２の排気弁７を圧縮行程時に開弁可能なように、即ち各分岐部３ａに配置された改質触媒４に圧縮行程により昇温された燃料が燃焼する前に供給可能なように動弁装置８が設けられている。この変形例でも、圧縮行程により昇温された燃料をこの燃料が燃焼する前に改質触媒４に導くことができるので、改質触媒４を昇温するために使用するエネルギを低減することができる。なお、図４に示した変形例においてＥＣＵ１０は、リッチスパイク時にエンジン１の圧縮行程が三回又は四回行われるごとに一回の割合で圧縮行程時に排気弁７を開弁させてもよい。なお、エンジン１の圧縮行程とは、いずれか一気筒の圧縮行程のことではなく、エンジン１の運転時に＃１〜＃４の各気筒２で順次繰り返し行われている圧縮行程のことを指す。このように、圧縮行程時の排気弁７の開弁をエンジン１の圧縮行程が三回又は四回行われる毎に一回の割合で実施することにより、強制開弁時におけるリッチな空燃比（例えばＡ／Ｆ５程度）の排気と、通常の開弁動作が行われている他の気筒２から排出される空燃比がリーン（例えばＡ／Ｆ３０程度）な排気とが排気浄化触媒５に導かれる。そのため、排気浄化触媒５に流入する排気の空燃比を理論空燃比に近付けることができる。
【００４５】
なお、排気通路３に排気浄化触媒５にエンジン１の燃料を供給できるように燃料添加手段としての燃料添加弁１７を設けてもよい。この場合、低負荷運転時又は減速時以外の時期にはこの燃料添加弁１７から燃料を供給してリッチスパイクを実行し、低負荷運転時又は減速時には燃料を改質させた改質ガスでリッチスパイクを実施する。このようにエンジン１の運転状態に応じてリッチスパイクに使用する還元剤を使い分けることで、排気浄化触媒５に対して適正な時期にリッチスパイクを実施し、排気浄化触媒５の排気浄化性能を高い状態に安定に維持することができる。
【００４６】
（第二の実施形態）
図５は、本発明の第二の実施形態を示している。この実施形態では、改質ガスを蓄える貯留手段としてのタンク１１と、タンク１１に気筒２から排出されたガスが導入されるように排気の流れを制御するための調量弁１２及び排気絞り弁１３が設けられている点が第一の実施形態と異なる。なお、図５において図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００４７】
図５に示したようにタンク１１は、改質ガスを蓄えることができるように改質触媒４の下流側で且つ排気浄化触媒５の上流側の排気通路３に導入通路１６を介して接続されている。タンク１１の容量は、排気浄化触媒５の容量に応じて設定される。リッチスパイク時に排気浄化触媒５に供給すべき改質ガス量は排気浄化触媒５の容量に基づいて設定される。そこで、タンク１１の容量には、例えばリッチスパイク数回分（例えば四回〜六回分程度）の改質ガスが蓄えることができるような容量が設定される。タンク１１は、タンク１１内に圧力が高い状態で改質ガスを蓄えることができるようにバネ１４と、ピストン１５とを備えている。バネ１４には、エンジン１の運転時にタンク１１から排気通路３に改質ガスを放出可能なバネ定数が設定される。調量弁１２は導入通路１６に設けられ、排気絞り弁１３は排気浄化触媒５の下流側の排気通路３に設けられる。なお、タンク１１としては、金属製のタンク、樹脂製のタンクなど一定の形状や容量を保持できる程度の剛性を有する容器が設けられていてもよい。また、アクチュエータなどで容量を変化させることができる例えば袋状の容器が設けられていてもよい。このような容器の場合、アクチュエータを動作させて改質ガスの貯蔵や放出を制御してもよい。
【００４８】
ＥＣＵ１０は、図６に示した制御ルーチンを実行することによって調量弁１２及び排気絞り弁１３の動作を制御し、ガスの流れを制御する。図６の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図６において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１０は、まずステップＳ１２においてリッチスパイクを実施する時期か否か判断する。リッチスパイクを実施する時期であると判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ１０は調量弁１２及び排気絞り弁１３を開弁してタンク１１から排気通路３に改質ガスを放出させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。排気通路３に放出された改質ガスは排気浄化触媒５に流入し、この改質ガスによりリッチスパイクが実施される。なお、後述するように、改質ガスはタンク１１内に圧力が高い状態で貯蔵されているため、調量弁１２を開弁することで排気通路３に放出される。調量弁１２の動作がこのように制御されることにより、調量弁１２は本発明の供給手段として機能する。
【００５０】
一方、リッチスパイクを実施する時期ではないと判断した場合はステップＳ１１に進み、ＥＣＵ１０はエンジン１が低負荷運転状態又は減速状態であるか否か判断する。エンジン１が低負荷運転状態又は減速状態であると判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ１０は調量弁１２を開弁し、排気絞り弁１３を閉弁させる。即ち、気筒２から排出されたガスがタンク１１に導入されるようにガス流れを変更する。次のステップＳ１４においてＥＣＵ１０は、排気弁７を強制開弁させる気筒２の空燃比が、改質触媒４が燃料改質性能を発揮する所定の空燃比に調整されるように気筒２に供給する燃料量を調整する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ１０は、排気弁７が圧縮行程時の所定のタイミングで開弁される強制開弁動作をするように動弁装置８の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。このように調量弁１２を開弁状態にするとともに排気絞り弁１３を閉弁状態にし、この状態において燃料を改質することで、タンク１１に改質ガスを蓄える（貯蔵する）ことができる。図５に示したようにタンク１１内には、バネ１４及びピストン１５が設けられている。改質ガスの貯蔵時、バネ１４はタンク１１内に導入された改質ガスによって縮められる。そのため、改質ガスはタンク１１内に圧力の高い状態で貯蔵される。調量弁１２及び排気絞り弁１３の動作がこのように制御されることにより、調量弁１２及び排気絞り弁１３は本発明の導入手段として機能する。
【００５１】
エンジン１が低負荷運転状態又は減速状態ではないと判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ１０は調量弁１２を閉弁し、排気絞り弁１３を開弁させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。このように調量弁１２を閉弁状態にするとともに排気絞り弁１３を開弁状態にすることで、タンク１１に改質ガスを保持することができる。
【００５２】
この実施形態によれば、タンク１１に改質ガスを蓄えることができるので、排気浄化触媒５に対して適正な時期にリッチスパイクを実施することができる。そのため、排気浄化触媒５の排気浄化性能を高い状態に安定に維持することができる。また、エンジン１の運転状態に支障がない場合に燃料を改質させて改質ガスをタンク１１に蓄えることができる。
【００５３】
図７は、図６の制御ルーチンの変形例を示している。
排気浄化触媒５は、上述したＮＯｘ還元の他に、排気浄化触媒５を排気浄化触媒５に堆積している粒子状物質（ＰＭ）が酸化除去される温度域（例えば６５０°Ｃ以上）に昇温操作（ＰＭ再生）されることによっても機能再生する。改質ガスは反応性が高いため、ＰＭ再生時に排気浄化触媒５に供給することで、排気浄化触媒５の前端面に近い場所（排気浄化触媒５の上流側部分）から昇温することができる。そこで、ＰＭ再生時にも改質ガスを排気浄化触媒５に供給して、昇温時における排気浄化触媒５の温度分布を抑制する。図７の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図７において図６と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図７の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１０は、まずステップＳ１２でリッチスパイクを実施する時期であるか否かを判断する。リッチスパイクを実施する時期であると判断した場合はステップＳ２１に進み、以降図６の制御ルーチンと同様の処理を行う。一方、リッチスパイクを実施する時期ではないと判断した場合はステップＳ３１に進み、ＥＣＵ１０はＰＭ再生を実施する時期であるか否か判断する。排気浄化触媒５に堆積しているＰＭ堆積量は、例えばインジェクタ６が気筒２に供給した燃料量の積算値から推定することができる。ＰＭ再生は、例えばこのＰＭ堆積量が所定量に達した場合に実施される。所定量としては、例えば排気浄化触媒５が適正に排気浄化性能を発揮できるＰＭ堆積量の上限値が設定される。ＰＭ再生を実施する時期であると判断した場合はステップＳ３２に進み、ＥＣＵ１０は調量弁１２及び排気絞り弁１３を開弁させる。調量弁１２を開弁させることにより、タンク１１に貯蔵されている改質ガスが排気通路３に放出されて排気浄化触媒５に流入し、ＰＭ再生が実施される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＰＭ再生を実施する時期ではないと判断した場合はステップ１１に進み、以降図６の制御ルーチンと同様の処理を行う。
【００５５】
このようにＰＭ再生時に反応性の高い改質ガスを供給することで、ＰＭ再生中における排気浄化触媒５の温度分布を抑制することができる。
【００５６】
図８は、第二の実施形態の第一の変形例を示している。図８の変形例では、排気浄化触媒５に燃料を供給すべく排気通路３に燃料添加手段としての燃料添加弁１７が設けられ、排気浄化触媒５に改質ガスと燃料とを供給してＰＭ再生を実施する。図９はＥＣＵ１０がＰＭ再生時に燃料添加弁１７及び調量弁１２の動作を制御して燃料及び改質ガスを供給するために実行するＰＭ再生制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図９において図７と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
図９の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１０は、まずステップＳ３１においてＰＭ再生を実施する時期であるか否か判断する。ＰＭ再生を実施する時期ではないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＰＭ再生を実施する時期であると判断した場合はステップＳ４１に進み、ＥＣＵ１０は燃料添加弁１７及び調量弁１２の動作を制御して燃料及び改質ガスを供給する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００５８】
ステップＳ４１における燃料添加弁１７及び調量弁１２の動作の制御方法としては、改質ガスと燃料とを所定の割合で供給されるようにこれらの弁１２、１７を制御してもよいし、優先順位を設けて燃料及び改質ガスが順番に供給されるように制御してもよい。また、燃料又は改質ガスの一方が所定量で供給されるように燃料添加弁１７又は調量弁１２の動作を制御し、燃料又は改質ガスの他方によって排気浄化触媒５の温度分布が抑制されるように燃料添加弁１７又は調量弁１２の動作を制御してもよい。このような制御方法の一例を以下に示す。
【００５９】
優先順位を設けて改質ガス及び燃料を供給する場合、例えばＰＭ再生を実施した直後はまず改質ガスを供給して排気浄化触媒５を昇温し、その後燃料を供給してもよい。このように、まず反応性の高い改質ガスを供給して排気浄化触媒５を昇温させ、その後昇温した排気浄化触媒５に燃料を供給することで、改質ガスと比較して反応性の低い燃料を排気浄化触媒５において適切に反応させることができる。そのため、排気浄化触媒５の温度分布を抑制することができる。なお、排気浄化触媒５への添加剤を改質ガスから燃料に切り替える際は、図１０に一例を示したように改質ガスと燃料の供給量を変化させてもよい。なお、図１０において線Ｌ１が改質ガスの供給量を、線Ｌ２が燃料の添加量をそれぞれ示している。図１０では、ＰＭ再生時間が経過するにつれて改質ガスの供給量を徐々に減少させるとともに、この改質ガスの供給量の減少に応じて燃料の添加量を増加させている。このように、徐々に添加剤を切り替えることで、改質ガスによる昇温から燃料による昇温に徐々に移行させることができる。そのため、排気浄化触媒５の急な温度変化を抑制できる。
【００６０】
ＰＭ再生時に改質ガスと燃料とを所定の割合で供給する場合は、例えば排気浄化触媒５に流入するガス（排気）の温度に応じてこの割合を変化させてもよい。例えば、排気浄化触媒５に流入するガスの温度が低いほど、改質ガスの供給量が増加するように割合を変化させる。このような処理をステップＳ４１で実行し、調量弁１２及び燃料添加弁１７の動作を制御することで、ＥＣＵ１０は本発明の燃料供給割合調整手段として機能する。図１１は、排気浄化触媒５に流入するガス温度と改質ガス供給量との関係の一例を示している。排気浄化触媒５への流入ガス温度が低い場合、排気浄化触媒５の前端面が冷やされるため、排気浄化触媒５の前端面に近い上流側部分の温度が低下するおそれがある。そこで、反応性の高い改質ガスの供給量を増加してこの上流側部分の温度を上昇させ、排気浄化触媒５の温度分布を抑制する。
【００６１】
また、排気浄化触媒５におけるＳＶが高いほど、改質ガスの供給量が増加するようにこの割合を変化させてもよい。ＳＶが高い即ち排気浄化触媒５を通過する排気流量が多いほど、排気浄化触媒５における反応率が低下するので、排気浄化触媒５に温度分布が生じ易くなる。そこで、ＳＶが高いほど反応性の高い改質ガスの供給量を増加させることで、反応率の低下を補い、排気浄化触媒５の温度分布を抑制する。
【００６２】
改質ガスが一定量で排気浄化触媒５に供給されるように調量弁１２の動作を制御し、排気浄化触媒５の温度分布が抑制されるように燃料を供給して排気浄化触媒５の温度調整を実施してもよい。改質ガスの成分は、燃料改質時における改質触媒４の温度、活性状態及び改質触媒４の劣化度などにより変化する。そこで、成分は不安定であるが反応性の高い改質ガスを排気浄化触媒５に一定量で供給して排気浄化触媒５の上流側部分の昇温を行い、この昇温によって生じた温度分布を性状が安定している燃料によって調整する。この場合、排気浄化触媒５の温度調整を性状が安定している燃料で行うため、温度調整時に排気浄化触媒５に供給すべき燃料量を推定し易い。そのため、排気浄化触媒５の温度調整を適切に実施することができる。
【００６３】
ＰＭ再生時には燃料を所定量で排気浄化触媒５に供給して排気浄化触媒５を昇温させ、この燃料による昇温時に排気浄化触媒５の温度分布が抑制されるように改質ガスを供給してもよい。燃料による排気浄化触媒５の昇温時に排気浄化触媒５に流入するガス温度が低い場合、排気浄化触媒５の前端面に近い上流側部分の温度が低下するおそれがある。そこで、この温度低下による温度分布の発生を抑制するために、改質ガスを供給する。図１２は、ＰＭ再生時における排気浄化触媒５の上流側部分と下流側部分の温度変化の一例を示している。なお、図１２の線Ｌ３が排気浄化触媒５の上流側部分の温度変化を、線Ｌ４が排気浄化触媒５の下流側部分の温度変化をそれぞれ示している。図１２では、排気浄化触媒５の温度が、排気浄化触媒５に付着したＰＭを酸化除去可能な温度域の下限値（図１２のＴｅｍｐ１）に達した場合に改質ガスが供給されるように調量弁１２の動作が制御されている。そのため、図１２に示したように時間Ｔ１において排気浄化触媒５の上流側部分の温度が下限値Ｔｅｍｐ１に達すると、排気浄化触媒５に改質ガスが供給される。その後、排気浄化触媒５の上流側部分の温度が上昇し、排気浄化触媒５の温度分布が許容範囲内に収束した時点（図１２の時間Ｔ２）で改質ガスの供給が停止される。このように、改質ガスを供給することにより、排気浄化触媒５の温度分布を抑制することができる。
【００６４】
以上に説明したように、このように燃料と改質ガスとを供給することで、ＰＭ再生時における排気浄化触媒５の温度分布を抑制することができる。なお、排気浄化触媒５に燃料を供給する方法は、燃料添加弁１７に限定されない。エンジン１の膨張行程の終期においてインジェクタ６から燃料を噴射させる、いわゆるポスト噴射によって燃料を供給してもよい。この場合、インジェクタ６が燃料添加手段として機能する。
【００６５】
改質ガスによってＰＭ再生時における排気浄化触媒５の温度分布を抑制する場合、例えば図１３（ａ）に示したように、導入通路１６とは別に排気浄化触媒５の温度が低下し易い場所に向けて改質ガスが供給されるように供給通路２０を設けてもよい。なお、図１３（ａ）、（ｂ）では、導入通路１６の図示を省略した。排気浄化触媒５の放熱量が大きい場合は、排気浄化触媒５の外周部分の温度が低下し易い。そこで、この外周部分に向けて改質ガスが供給されるように供給通路２０を設けることで、排気浄化触媒５の温度分布をより適切に抑制することができる。なお、供給通路２０から供給する改質ガス供給量は、供給通路２０に設けた供給量調整弁２１の動作をＥＣＵ１０で制御して行う。また、図１３（ｂ）に示したように、排気浄化触媒５の外周部分に向けて改質ガスを供給可能な第一の供給ノズル２０ａと排気浄化触媒５の中心部分に向けて改質ガスを供給可能な第二の供給ノズル２０ｂとを有する供給通路２０を設けてもよい。この場合、改質ガスの供給先を第一の供給ノズル２０ａ又は第二の供給ノズル２０ｂに切り替えることが可能な供給先切り替え弁２２を供給通路２０に設け、排気浄化触媒５の温度が低い場所に応じて改質ガスの供給先を変更する。このように改質ガスの供給先を適宜変更することで、排気浄化触媒５の温度分布をより適切に抑制することができる。
【００６６】
図１４は、本実施形態の第二の変形例を示している。図１４では、排気通路３に三方弁３０が設けられ、この三方弁３０の動作を制御してタンク１１への改質ガスの導入やタンク１１からの改質ガスの放出を実施する。なお、図１４において図５と共通する部分には同一符号を付してある。三方弁３０は、エンジン１から排気浄化触媒５へのガスの流れを阻止し、且つエンジン１からタンク１１へのガスの流れを許容する貯蔵位置と、エンジン１から排気浄化触媒５へのガスの流れを許容し、且つタンク１１から排気浄化触媒５へのガスの流れを許容する放出位置と、エンジン１から排気浄化触媒５へのガスの流れを許容し、且つタンク１１から排気浄化触媒５へのガスの流れを阻止する保持位置と、に切り替え操作可能である。三方弁３０の動作は、例えばタンク１１に設けられた圧力センサ３１の出力信号に基づきＥＣＵ１０によって制御される。三方弁３０を各位置に切り替える条件は、図６の制御ルーチンにおいて調量弁１２及び排気絞り弁１３の動作を制御する条件と同様である。図１４の態様において三方弁３０を各位置に切り替えた場合のガスの流れを図１５に示す。図１５（ａ）は三方弁３０が貯蔵位置に切り替えられた場合のガスの流れを、図１５（ｂ）は三方弁３０が放出位置に切り替えられた場合のガスの流れを、図１５（ｃ）は三方弁３０が保持位置に切り替えられた場合のガスの流れを、それぞれ示している。三方弁３０が貯蔵位置に切り替えられた場合、図１５（ａ）に矢印Ａで示したエンジン１からタンク１１へのガスの流れのみが許容される。そのため、改質触媒４で改質された改質ガスをタンク１１に導いて貯蔵することができる。なお、三方弁３０は、タンク１１に所定圧で改質ガスが貯蔵されたと判断された場合に保持位置に切り替えられる。このように三方弁３０を切り替えることで、エンジン１の運転状態への影響を抑制する。三方弁３０が放出位置に切り替えられた場合、図１５（ｂ）に矢印Ｂで示したエンジン１から排気浄化触媒５への排気の流れが許容されるとともに、矢印Ｃで示したタンク１１から排気浄化触媒５への改質ガスの流れが許容される。そのため、タンク１１に貯蔵されている改質ガスを排気浄化触媒５に供給することができる。三方弁３０が保持位置に切り替えられた場合は、図１５（ｃ）に示したようにエンジン１から排気浄化触媒５への排気の流れ（矢印Ｂのガス流れ）のみが許容される。そのため、タンク１１に貯蔵されている改質ガスを保持することができる。このように三方弁３０の動作を制御することで、一つの弁によって改質ガスの貯蔵、放出、保持を実施することができる。この場合、三方弁３０が本発明の導入手段、供給手段として機能する。
【００６７】
なお、図５や図８において排気絞り弁１３の配置位置は、排気浄化触媒５の下流側に限定されない。改質ガスがタンク１１に導かれるようにガスの流れを変更できればよく、排気浄化触媒５の上流側に配置されていてもよい。可変ノズルを有するターボ過給機が設けられ、導入通路１６が可変ノズルよりも上流の排気通路３と接続されている場合は、可変ノズルを全閉状態にして改質ガスをタンク１１に導入してもよい。なお、全閉時における可変ノズルの開度に制限があり全閉状態でも若干ノズルが開く場合は、排気絞り弁１３を排気通路３に設け、燃料改質時に可変ノズルと排気絞り弁１３の両方を閉めてタンク１１に改質ガスを導入してもよい。排気を再循環させるために排気通路３がエンジン１の吸気通路とＥＧＲ通路で接続され、このＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられている場合は、燃料改質時に改質ガスが吸気通路に流入しないようにＥＧＲ弁を全閉状態にする。改質ガスをタンク１１に導入するためにサクションポンプが設けられていてもよい。この場合、サクションポンプにより排気圧で導入するよりも高い圧力で改質ガスをタンク１１に貯蔵することができる。この場合、サクションポンプが本発明の導入手段として機能する。
【００６８】
（第三の実施形態）
図１６は、本発明の第三の実施形態を示している。この実施形態では、分岐部３ａに改質触媒４を迂回するバイパス通路４０と、気筒２から排出されたガスを改質触媒４に導く位置とバイパス通路４０に導く位置との間で切り替え可能な弁手段としての切り替え弁４１が設けられている点が他の実施形態と異なる。ＥＣＵ１０は、図１７の制御ルーチンを実行することによって切り替え弁４１の動作を制御し、気筒２から排出されたガスの流路を変更する。図１７の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。また、ＥＣＵ１０は図１６の制御ルーチンと並行して図３の制御ルーチンも実行している。なお、図１７において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
図１７の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１０は、まずステップＳ１２でリッチスパイクを実施する時期か否か判断する。リッチスパイクを実施する時期ではないと判断した場合はステップＳ５１に進み、ＥＣＵ１０は気筒２から排出されるガスがバイパス通路４０に導かれるように切り替え弁４１を切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、リッチスパイクを実施する時期であると判断した場合はステップＳ５２に進み、ＥＣＵ１０は気筒２から排出されるガスが改質触媒４に導かれるように切り替え弁４１を切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００７０】
改質触媒４の劣化は、空燃比がリーンで高温の場合に促進される。この実施形態では、エンジン１の通常運転時に気筒２から排出されるリーンな空燃比の排気が改質触媒４に流入することを抑制できるので、改質触媒４の劣化を抑制することができる。また、通常運転時はバイパス通路４０を介して排気を排出させることで＃４の気筒の背圧低下を抑制することができる。そのため、エンジン１の出力を向上させることができる。また、気筒２間の出力の変動を抑制することができる。一方、リッチスパイク時は、気筒２から排出されたガスが改質触媒４に導かれるように切り替え弁４１の動作が制御されるため、図３の制御ルーチンによって排気弁７が強制開弁されることで燃料が改質ガスに改質される。切り替え弁４１を改質触媒４の下流側に配置することにより、改質触媒４の上流側に配置するよりも切り替え弁４１に対する熱負荷を抑制することができる。なお、切り替え弁４１は改質触媒４の上流側に設けられていてもよい。
【００７１】
図１８は、排気弁７を強制的に開弁させた場合にのみ気筒２から排出されたガスを改質触媒４に導く開弁装置５０の一例を示している。図１８（ａ）は、開弁装置５０の概略図を、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のXVIIIｂ−XVIIIｂ線における断面図をそれぞれ示している。なお、図１８において図２と共通する部分には同一符号を付してある。
【００７２】
開弁装置５０は、不図示のモータで駆動されるカム５１と、分岐部３ａ内に設けられた弁体５２がロッド５３を介して接続されるアーム５４とを備えている。アーム５４は、支点５４ａを中心に回転可能に設けられている。図１８（ａ）に示したようにロッド５３はアーム５４の一端５４ｂに接続されている。そのため、カム５１によってアーム５４の他端５４ｃが矢印Ｄ方向に押し下げられると、一端５４ｂが矢印Ｅ方向に移動する。これにより、弁体５２が図１８の上方に移動する。
【００７３】
次に開弁装置５０の動作の一例を説明する。
排気行程時における排気弁７の開閉動作は、通常用カム１１３によって駆動される通常用ロッカーアーム１０７によって行われている。改質ガスを生成するために圧縮行程時に排気弁７を開弁させる場合は、モータによってカム５１を駆動し、他端５４ｃを押し下げる。この他端５４ｃの移動は、通常用ロッカーアーム１０７を介して排気弁７を開弁させるとともに、弁体５２を上方に移動させる。図１８（ａ）及び（ｂ）に示したように改質触媒４は分岐部３ａの下側に配置されているため、弁体５２が上方に移動することによって気筒２から排出された燃料を改質触媒４に導くことができる。また、このように動作することにより、開弁装置５０は本発明の開弁手段として機能する。
【００７４】
このように開弁装置５０が動作することにより、排気弁７を強制的に開弁させた場合にのみ気筒２から排出されたガスを改質触媒４に導くことができる。なお、アーム５４を矢印Ｄ方向に駆動する機構としてアクチュエータが設けられていてもよい。また、カム５１はエンジン１のクランク軸の回転を伝達して駆動してもよい。
【００７５】
図１９は、動弁装置８に排気弁７を強制的に開弁させた場合にのみ気筒２から排出されたガスを改質触媒４に導く機構を組み込んだ例を示している。なお、図１９において図１８と共通する部分には同一符号を付してある。図１９において通常用カム１１３は不図示のモータで駆動される。通常用ロッカーアーム１０７は、支点１０７ａを中心に回転可能なように設けられている。通常用ロッカーアーム１０７の一端１０７ｂにはロッド５３を介して弁体５２が接続されている。そのため、通常用カム１１３によって通常用ロッカーアーム１０７の他端１０７ｃが矢印Ｆ方向に押し下げられると一端１０７ｂが矢印Ｇ方向に動き、弁体５２が矢印Ｈ方向に移動する。図１９に示したように、この態様では改質触媒４が分岐部３ａの上側に設けられている。弁体５２は、通常用ロッカーアーム１０７によって排気弁７が排気弁７に設定された最大リフト量まで開弁（フルリフト）された場合に分岐部３ａの天井部まで移動するように設けられている。
【００７６】
次に図１９の動弁装置８の動作の一例を説明する。
排気行程時、通常用カム１１３が回転することで通常用ロッカーアーム１０７の他端１０７ｃが矢印Ｆ方向に押し下げられ、排気弁７が開弁される。この場合、排気弁７がフルリフトされるので、弁体５２によって改質触媒４が隠される。一方、改質ガスを生成するために圧縮行程時に排気弁７を開弁させる場合は、通常用カム１１３の動作を制御して気筒２から圧縮行程で昇温された燃料が排出される程度に排気弁７を開弁（小リフト）させる。これは、気筒２内のピストンが上死点に近い位置にあるため、排気弁７をフルリフトさせることができないためである。このように排気弁７を小リフトさせた場合は、弁体５２が分岐部３ａの天井部まで移動しないため、改質触媒４が弁体５２によって隠されない。そのため、気筒２から排出されたガスは改質触媒４に導かれる。
【００７７】
以上に説明したように図１９の動弁装置８では、排気行程時には排気弁７がフルリフトされるために改質触媒４への排気の流入を抑制できる。そのため、燃料改質時に排気弁７が小リフトされた場合にのみガスを改質触媒４に導入することができる。
【００７８】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンを気筒内に直接噴射するいわゆる直噴式のエンジンに適用してよい。また、吸気ポートに各気筒に対応してインジェクタが設けられたいわゆるポート噴射式のエンジンに適用してもよい。排気浄化触媒は、上述したパティキュレートを捕捉するためのフィルタ基材に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持させたものに限定されない。排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられていてもよいし、パティキュレートを捕捉するためのフィルタ基材に酸化触媒を担持させたものが設けられていてもよい。なお、本発明において吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。
【００７９】
エンジンの吸気系に改質ガスを供給してもよい。改質ガスは反応性が高いので着火性を向上させることができる。そのため、例えばエンジンの始動時に吸気系に供給することで、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００８０】
エンジンが六気筒の場合は、改質触媒をこの六気筒のうちのいずれか二気筒の分岐部に配置してもよい。このように六気筒のうちの二気筒の分岐部の改質触媒を配置することで、分岐部に改質触媒が配置された二気筒から排出されるガスの空燃比がリッチでも、他の四気筒から排出されるガスの空燃比をリーンにすることで排気浄化触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比に近付けることができる。このようにエンジン１の全気筒のうちのほぼ４分の１にあたる気筒（例えば、八気筒のエンジンの場合は、八気筒のうちのいずれか二気筒）の分岐部に改質触媒を設けることにより排気浄化触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比に近付けることができる。
【００８１】
排気浄化触媒の機能再生処理には、上述したＮＯｘ還元、ＰＭ再生の他に、排気の空燃比をリッチにするととともに排気浄化触媒の温度を排気浄化触媒から硫黄（Ｓ）が放出される温度域に昇温して排気浄化触媒のＳ被毒を回復させるＳ再生がある。このようなＳ再生時やリッチスパイク時（ＮＯｘ還元時）には、改質触媒が設置されていない気筒のＥＣＵによって設定される空燃比（ベースＡ／Ｆ）をよりリッチ側に変化させてもよい。このように改質触媒が設置されていない気筒のベースＡ／Ｆをリッチ側に変化させることで、改質触媒の設置されている気筒の空燃比を燃料の改質に好適な空燃比に維持したまま、排気浄化触媒に導かれる排気の空燃比をよりリッチにすることができる。そのため、ＮＯｘ還元効率やＳ再生効率を向上させることができる。なお、ベースＡ／Ｆをリッチ側に変化させるには、例えば排気通路から吸気通路に再循環（ＥＧＲ）させている排気（ＥＧＲガス）を増加させる。ＰＭ再生時には、改質触媒が設置されていない気筒のベースＡ／Ｆをよりリーン側に変化させてもよい。このように改質触媒が設置されていない気筒のベースＡ／Ｆをリーン側に変化させることで、排気中の酸素量を増加させることができるので、より昇温性を向上させることができる。なお、ベースＡ／Ｆをリーン側に変化させるには、例えば改質触媒が設置されていない気筒へのＥＧＲガス量を減少させる。
【００８２】
本発明に使用される動弁装置８は、上述したものに限定されない。例えば、図２０や図２１に示した動弁装置８を使用してもよい。図２０の動弁装置８において排気弁７は、閉弁方向に駆動するための電磁石（閉駆動電磁石）２０１と開弁方向に駆動するための電磁石（開駆動電磁石）２０２とによって開閉駆動される。閉駆動電磁石２０１は、アッパコア２０３とアッパコイル２０４を有しており、アッパコイル２０４に電流が供給されると磁力を発生する。開駆動電磁石２０２は、ロアコア２０５とロアコイル２０６とを有しており、ロアコイル２０６に電流が供給されることで磁力を発生する。なお、アッパコイル２０４及びロアコイル２０６への電流の供給は不図示のＥＣＵ１０によって制御される。排気弁７の弁軸７ａにはアーマチャ２０７が設けられており、このアーマチャ２０７を閉駆動電磁石２０１の磁力及び開駆動電磁石２０２の磁力によって吸引することで排気弁７を開閉駆動させる。なお、排気弁７は、アッパスプリング２０８によって開弁方向に付勢されるとともに、ロアスプリング２０９によって閉弁方向に付勢されている。そのため、閉駆動電磁石２０１及び開駆動電磁石２０２の磁力が作用していない場合、排気弁７は図１９に示したように半開状態になる。図２０の動弁装置８では、排気行程時に排気弁７を開弁させる場合、ロアコイル２０６に電流を供給するとともにアッパコイル２０４への電流の供給を停止して排気弁７をフルリフトさせる。改質ガスを生成するために圧縮行程時に排気弁７を開弁させる場合は、例えば排気弁７が小リフトするようにアッパコイル２０４に供給している電流を減少する。このように電流を調整して排気弁７を小リフトさせることで、圧縮行程で昇温された燃料を燃焼する前に改質触媒に導くことができる。
【００８３】
図２１の動弁装置８は、カム３０１とロッカーアーム３０２とアクチュエータ３０３とを備えている。カム３０１は、例えばエンジンのクランク軸によって駆動される。カム３０１には、排気行程時に所定のタイミングで排気弁７が開閉駆動されるようにノーズ３０１ａが設けられている。ロッカーアーム３０２は、支点３０２ａを中心に回転可能なように設けられており、一端３０２ｂが排気弁７に当接している。アクチュエータ３０３は、ロッカーアーム３０２の他端３０２ｃを矢印Ｉ方向に押し上げることが可能なように設けられている。なお、アクチュエータ３０３の動作は不図示のＥＣＵ１０によって制御される。図２１の動弁装置８では、カム３０１が回転し、ノーズ３０１ａがロッカーアーム３０２を矢印Ｊ方向に押し下げることで、排気行程時に所定のタイミングで排気弁７が開閉駆動される。改質ガスを生成するために圧縮行程時に排気弁７を開弁させる場合は、アクチュエータ３０３を動作させ、他端３０２ｃを矢印Ｉ方向に押し上げる。ロッカーアーム３０２は、支点３０２ａを中心に回転可能なように設けられているため、他端３０２ｃが矢印Ｇ方向に押し上げられることで、一端３０２ｂが矢印Ｊ方向に移動し、排気弁７を開弁させる。なお、排気弁７のリフト量は、アクチュエータ３０３によって他端３０２ｃを押し上げる量によって調整する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る燃料改質装置が組み込まれたエンジンを示す図。
【図２】図１の動弁装置の拡大図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する排気弁動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】本発明の第一の実施形態の変形例を示す図。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る燃料改質装置が組み込まれたエンジンを示す図。
【図６】図５のＥＣＵが実行するガス流れ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】ガス流れ制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。
【図８】本発明の第二の実施形態の第一の変形例を示す図。
【図９】図８のＥＣＵが実行するＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】ＰＭ再生時における改質ガス供給量及び燃料供給量と時間との関係の一例を示す図。
【図１１】ＰＭ再生時における排気浄化触媒流入ガス温度と改質ガス供給量との関係の一例を示す図。
【図１２】ＰＭ再生時における排気浄化触媒の上流側温度及び下流側温度の時間変化の一例を示す図。
【図１３】改質ガスを排気浄化触媒に供給する供給通路が設けられた第一の変形例を示す図。
【図１４】本発明の第二の実施形態の第二の変形例を示す図。
【図１５】図１３の第二の変形例におけるガス流れを示す図で、（ａ）は三方弁が貯蔵位置に切り替えられた場合のガス流れを示し、（ｂ）は三方弁が放出位置に切り替えられた場合のガス流れを示し、（ｃ）は三方弁が保持位置に切り替えられた場合のガス流れを示す。
【図１６】本発明の第三の実施形態に係る燃料改質装置が組み込まれたエンジンを示す図。
【図１７】図１５のＥＣＵが実行する切り替え弁動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１８】本発明の第三の実施形態の変形例を示す図。
【図１９】本発明の第三の実施形態の他の変形例を示す図。
【図２０】動弁装置の第一の他の形態を示す図。
【図２１】動弁装置の第二の他の形態を示す図。
【符号の説明】
【００８５】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  気筒
３  排気通路
３ａ  分岐部
４  改質触媒
５  排気浄化触媒
６  インジェクタ（燃料供給手段）
７  排気弁
８  動弁装置（開弁手段）
１０  エンジンコントロールユニット（動作制御手段、燃料供給割合調整手段）
１１  タンク（貯留手段）
１２  調量弁（導入手段、供給手段）
１３  排気絞り弁（導入手段）
１７  燃料添加弁（燃料添加手段）
３０  三方弁（導入手段、供給手段）
４０  バイパス通路
４１  切り替え弁（弁手段）
５０  開弁装置（開弁手段）
【図１】
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【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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【図２１】
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