(57)【要約】【課題】改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させること。【解決手段】この内燃機関１は、改質用燃料Ｆｒと、内燃機関から排出される排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒを改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスＥｘｒを生成する改質器２０を備える。そして、気筒１Ｓ1〜１Ｓ4の燃焼室に改質ガスＥｘｒが到達したか否かが、前記燃焼室内の燃焼イオン電流によって判定される。その結果、改質ガスＥｘｒが燃焼室に到達したと判定された場合には、点火時期を改質前よりも遅角して内燃機関１が運転される。【選択図】        図６
2006299831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、
燃料と、前記内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別する改質ガス到達判定手段と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては、改質ガス還流時の値の運転パラメータで前記内燃機関を運転する運転パラメータ変更手段と、
を含むことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、
前記運転パラメータ変更手段は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記改質ガス到達判定手段が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記改質ガス到達判定手段は、
前記燃焼室内における燃焼状態を判定することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態は、前記燃焼室内の燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の燃焼圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして用いて判定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記運転パラメータ変更手段は、
前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における前記混合気の燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記運転パラメータ変更手段は、
前記燃焼状態判定パラメータが、所定の閾値よりも大きくなったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
【請求項７】
吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ、燃料と、内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、を備える内燃機関を制御するものであり、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別するガス到達判定部と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては改質ガス還流時における運転パラメータで前記内燃機関を運転できるように、前記運転パラメータを変更する運転パラメータ変更部と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項８】
前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、
前記運転パラメータ変更部は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記ガス到達判定部が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項９】
前記ガス到達判定部は、
前記燃焼室内における燃焼状態を判別することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項１０】
前記ガス到達判定部は、
前記混合気が前記燃焼室内で燃焼するときの燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を判定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項１１】
前記運転パラメータ変更部は、
前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項１２】
前記運転パラメータ変更部は、
前記燃焼状態判定パラメータが、予め定めた所定の閾値以上になったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関及び内燃機関の運転制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガス中に燃料を添加し、両者の混合気を改質触媒で改質した改質ガスを、還流管を通して前記内燃機関の吸気管に供給するものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９２５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、改質ガスは還流通路及び吸気管を通って内燃機関の燃焼室へ到達するので、改質ガスの還流を開始しても、直ちに燃焼室へ還流ガスが供給される訳ではない。したがって、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間において、改質ガスが還流到達したものとして内燃機関を運転すると、燃焼状態が不安定となる結果、内燃機関が適切に動作しないおそれがある。特許文献１は、かかる点については何ら言及されておらず、前記期間における燃焼状態を改善する余地がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることができる内燃機関及び内燃機関の運転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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、燃料と、前記内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別する改質ガス到達判定手段と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては、改質ガス還流時の値の運転パラメータで前記内燃機関を運転する運転パラメータ変更手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、改質ガスが燃焼室に到達したか否かを判定し、改質ガスが燃焼室に到達してから、改質ガスの還流時における運転パラメータで運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータで運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から改質ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られる。
【０００８】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、前記運転パラメータ変更手段は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記改質ガス到達判定手段が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質ガス到達判定手段は、前記燃焼室内における燃焼状態を判定することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態は、前記燃焼室内の燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の燃焼圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして用いて判定されることを特徴とする。
【００１１】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータ変更手段は、前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における前記混合気の燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする。
【００１２】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータ変更手段は、前記燃焼状態判定パラメータが、所定の閾値よりも大きくなったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ、燃料と、内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、を備える内燃機関を制御するものであり、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別するガス到達判定部と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては改質ガス還流時における運転パラメータで前記内燃機関を運転できるように、前記運転パラメータを変更する運転パラメータ変更部と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関の運転制御装置は、改質ガスが燃焼室に到達したか否かを判定し、改質ガスが燃焼室に到達してから、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータで内燃機関を運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から改質ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られる。
【００１５】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、前記運転パラメータ変更部は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記ガス到達判定部が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする。
【００１６】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記ガス到達判定部は、前記燃焼室内における燃焼状態を判別することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする。
【００１７】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記ガス到達判定部は、前記混合気が前記燃焼室内で燃焼するときの燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を判定することを特徴とする。
【００１８】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータ変更部は、前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする。
【００１９】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータ変更部は、前記燃焼状態判定パラメータが、予め定めた所定の閾値以上になったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。
【実施例】
【００２２】
この実施例は、改質用燃料と、内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して生成した改質ガスを、内燃機関の燃焼室へ還流させるものである。そして、改質ガスが燃焼室に到達したことを判定して、その後に、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する点に特徴がある。
【００２３】
図１は、この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。図１を用いて、この実施例に係る内燃機関の構成について説明する。この実施例に係る内燃機関１は、改質手段である改質器２０に内燃機関１から排出される排ガスＥｘの一部を導き、この排ガスＥｘに炭化水素（ＨＣ）を含む燃料を供給することによって水素（Ｈ2）を生成する。そして、改質器２０は、この改質反応によって得られた水素を含むガス（以下改質ガスという）Ｅｘｒを、内燃機関１に還流させる。
【００２４】
この実施例に係る内燃機関１は、４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また、内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１に供給される燃料Ｆは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によってポート噴射弁６に供給される。そして、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通る空気Ａと燃焼用混合気を形成する。この燃焼用混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７1〜７4を通って各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4内の燃焼室へ導入される。燃焼用混合気は、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4に取り付けられる点火プラグＳＰ1〜ＳＰ4（添え字は気筒番号、図２−２参照）により点火されて燃焼する。
【００２５】
なお、この実施例においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ燃料Ｆを供給するが、ポート噴射弁６を気筒数分用意して、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4のインテークマニホールド７1〜７4へそれぞれ独立して燃料Ｆを噴射してもよい。また、ポート噴射弁６の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁との両方を備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ燃料を供給してもよい。
【００２６】
内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル１７と連動する。この実施例において、アクセル１７の開度はアクセル開度センサ４７で検出されて、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に取り込まれる。そして、アクセル開度センサ４７からのアクセル開度情報を基に、機関ＥＣＵ５０はスロットル弁４の開度を調整する。
【００２７】
アクセル１７の開度が大きくなるとスロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル１７の開度が小さくなるとスロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３であってスロットル弁４の上流に設けられるエアフローセンサ４２で流量が計測される。その計測値は機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数Ｎｅとから、内燃機関１に対する燃料供給量を決定する。
【００２８】
内燃機関１の各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、排気通路９を通って改質器２０の排気通路２２へ導入され、排ガスＥｘを改質するための熱を与える。改質器２０から排出された排ガスＥｘは、浄化触媒１６で浄化された後、大気中へ放出される。なお、浄化触媒１６は、改質器２０と内燃機関１との間に配置してもよい。排気通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４５が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、機関ＥＣＵ５０で決定される、内燃機関１に対する燃料供給量を補正する。
【００２９】
排気通路９からは改質用導管１１が分岐しており、改質用導管１１は、改質器２０の改質室２１と接続されている。改質用導管１１には、改質用燃料供給手段である改質用燃料噴射弁２４が取り付けられており、この改質用燃料噴射弁２４から、改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘへ改質用燃料Ｆｒが噴射される。改質用燃料噴射弁２４には、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１から燃料が供給される。なお、改質用燃料噴射弁２４の出口に蒸発器を設け、改質用燃料の蒸発を促進してもよい。
【００３０】
改質器２０は、改質室２１と排気通路２２とで構成される。改質室２１の内壁面には改質用触媒が担持されており、排気通路２２を流れる排ガスＥｘの熱により改質用触媒が加熱されて、活性温度θａ以上に保持される。改質器２０は、複数の改質室２１を備え、各改質室２１はそれぞれ連通しており、排ガスＥｘと改質用燃料Ｆｒとの混合気（改質用混合気）Ｇｍｒは、改質室２１を通過する間に改質される。ここで、改質用触媒には、例えばジルコニア系の触媒や、ロジウム系の触媒が用いられる。
【００３１】
改質器２０には、改質触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ４４が取り付けられる。改質触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は高くなる。このため、改質触媒温度が活性温度θａ以上になってから排ガスＥｘの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ４４により改質触媒の温度を監視する。なお、ロジウム系の改質触媒を用いる場合、活性温度θａは６００℃程度である。
【００３２】
改質室２１の出口２１ｏには、改質室２１と、吸気通路３とを接続する、ガス還流通路１０が取り付けられている。ガス還流通路１０は、排ガスＥｘ又は改質ガスＥｘｒを、内燃機関１の吸気側、すなわち吸気通路３へ還流させる機能を持つ。ガス還流通路１０には、冷却器１２が設けられており、改質室２１で改質された排ガス（改質ガスＥｘｒ）を冷却する。また、冷却器１２とガス還流通路１０の出口１０ｏとの間には、還流流量調整手段である還流流量調整弁５が設けられており、機関ＥＣＵ５０からの指令により、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量を調整する。
【００３３】
排気通路９から改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘは、改質用燃料噴射弁２４から改質用燃料Ｆｒが噴射される。改質用燃料Ｆｒは、内燃機関１の各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4へ供給される燃料Ｆの一部であり、内燃機関１の運転条件に応じて改質用燃料Ｆｒの供給量が決定される。改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒは、改質用導管１１から改質室２１へ導入され、改質室２１の内壁面に担持された改質触媒により、式（１）に示す改質反応により改質されて改質ガスＥｘｒとなる。
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３Ｃ7.6Ｈ13.6＋４１２２ｋＪ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2・・・（１）
【００３４】
ここで、左辺第１項が排ガスＥｘ、左辺第２項が燃料（炭化水素ＣＨであり、この実施例ではガソリン）、右辺が改質ガスＥｘｒを示す。右辺の改質ガスＥｘｒに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して２４ｖｏｌ％である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスＥｘの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスＥｘが改質されるため、内燃機関１に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスＥｘの熱を吸収した分だけ内燃機関１での燃焼における発熱量が増加する。
【００３５】
また、水素（Ｈ2）の発熱量は２４１．７ｋＪ／ｍｏｌであり、ガソリン（ＣＨ1.869）の発熱量は５９６．５ｋＪ／ｍｏｌである。しかし、式（１）の改質反応により、３モルのガソリン（燃料）から３１モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式（１）の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスＥｘｒの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関１の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。
【００３６】
改質室２１で生成された改質ガスＥｘｒは、ガス還流通路１０を通って、吸気通路３へ導入される。改質ガスＥｘｒは、７００℃前後の高温になるため、ガス還流通路１０の途中に設けられた冷却器１２で冷却されてから吸気通路３へ導入される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量（還流流量）は、還流流量調整弁５で制御される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量は、内燃機関１の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関１に導入できるように決定される。この場合、改質ガスＥｘｒに含まれる水素、一酸化炭素（ＣＯ）の量を考慮し、ポート噴射弁６の燃料噴射量を低減して空燃比Ａ／Ｆを最適化する。
【００３７】
改質ガスＥｘｒに含まれる水素（Ｈ2）は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが１／１０程度であり、最大燃焼速度が１０倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＥｘｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。
【００３８】
内燃機関１の運転においては、排ガスＥｘを吸気側に還流させる、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実行することがある。内燃機関１が軽負荷で運転されているときにＥＧＲを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスＥｘの環流量（ＥＧＲ量）が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関１の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。この実施例に係る内燃機関１は、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
【００３９】
また、内燃機関１が高負荷（例えばＷＯＴ領域での運転や負荷率で８０％程度を超える領域での運転）においてＥＧＲを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ（λ＝１）で運転できる領域が拡大する。しかし、ＥＧＲにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。この実施例に係る内燃機関１は、排ガスＥｘだけではなく、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒ中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関１の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
【００４０】
この内燃機関１は、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4内の燃焼室に改質ガスＥｘｒが到達したか否かを判定する機能を有する。この実施例に係る内燃機関１では、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4内の燃焼室における燃焼状態を判定することにより、燃焼室に改質ガスＥｘｒが到達したか否かを判定する。すなわち、改質を開始しても、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達するまでには時間を要する。このため、改質を開始しても、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達するまでは燃焼状態は改善しない。そして、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達すると、燃焼状態が改善する。この燃焼状態の変化を利用することによって、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達したか否かを判定することができる。
【００４１】
この実施例に係る内燃機関１では、燃焼室内の燃焼イオン電流によって燃焼室内の燃焼状態を判定する。図２−１は、燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。図２−２は、複数の気筒を備える内燃機関において燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。燃焼イオン電流検出装置６３は、ダイレクトイグニッション６０内に組み込まれており、点火プラグＳＰを燃焼イオン電流検出センサ（燃焼状態検出手段）として用いることにより、気筒１Ｓ内の燃焼室１ｂ内における燃焼イオン電流を検出する。この実施例では、点火プラグＳＰと、燃焼イオン電流検出装置６３とにより燃焼状態検出手段が構成される。なお、点火プラグＳＰとは別個に、点火プラグＳＰの近傍へ燃焼イオン電流検出用プローブを設け、これにより燃焼室１ｂ内の燃焼状態を判定してもよい。また、燃焼イオン電流検出装置６３は、ダイレクトイグニッション６０とは別個に用意してもよい。
【００４２】
ダイレクトイグニッション６０は、イグナイター部６２と、イグニッションコイル部６１とで構成される。機関ＥＣＵ５０は、内燃機関１の運転条件や運転状態から、内燃機関１への点火時期を決定する。ダイレクトイグニッション６０は、機関ＥＣＵ５０からの点火指令を受けて、点火プラグＳＰから火花を発生させて、燃焼室１ｂ内の混合気へ点火する。
【００４３】
燃焼イオン電流検出装置６３は、検出回路６４と、反転回路６６と、Ｖ−Ｉ変換回路６５とで構成される。検出回路６４は、イグニッションコイル部６１を構成する２次コイル６１ｓに接続されている。燃焼室１ｂ内の混合気が燃焼すると、燃焼室１ｂ内には燃焼イオンが発生する。この燃焼イオンに起因して、点火プラグＳＰの中心電極ＳＰｃと側方電極ＳＰｓとの間に燃焼イオン電流Ｉが流れる。検出回路６４は、この燃焼イオン電流Ｉを検出する。検出された燃焼イオン電流Ｉの電気信号は、反転回路６６、Ｖ−Ｉ変換回路６５を経て機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。
【００４４】
内燃機関１が複数の気筒１Ｓ1〜１Ｓ4を備える場合、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4の点火プラグＳＰ1〜ＳＰ2に対してダイレクトイグニッション６０1〜６０4、燃焼イオン電流検出装置６３1〜６３4が設けられる。これにより、各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4に対して、燃焼状態を判定する。
【００４５】
図３は、燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。図３は、燃焼イオン電流検出装置６３で検出され、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる前における燃焼イオン電流の波形の一例を示している。図３に示すように、機関ＥＣＵ５０がイグナイター部６２に点火信号を与えると、この点火信号に応じて点火プラグＳＰの中心電極ＳＰｃと側方電極ＳＰｓとの間に火花が発生する。そして、この火花が燃焼室１ｂ内の混合気に着火し、これを燃焼させる。
【００４６】
混合気の燃焼により、燃焼室１ｂ内に発生する実際の燃焼イオン電流は、図３の破線で示すようになる。しかし、イグニッションコイルを用いる点火装置においては、浮遊容量Ｃｆ（図２−１参照）とイグニッションコイル部６１とによるＬＣ共振ノイズが発生する。このＬＣ共振ノイズの影響により、燃焼イオン電流検出装置６３で検出される燃焼イオン電流Ｉは、図３の実線で示すようになる。そして、燃焼イオン電流Ｉの最大値が、Ｉｍａｘとなる。燃焼状態が向上すると、燃焼イオン電流Ｉの値は大きくなり、最大燃焼イオン電流Ｉｍａｘも大きくなる。この実施例では、最大燃焼イオン電流Ｉｍａｘの時間変化から、燃焼室１ｂ内の燃焼状態を判定する。なお、ＬＣ共振ノイズを避けるため、点火時期ＴFからＴdの遅れ時間経過後に、燃焼イオン電流Ｉは取得される。
【００４７】
次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図４は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関の運転制御は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０によって実現できる。図２に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力及び出力ポート５５、５６と、入力及び出力インターフェイス５７、５８とから構成される。
【００４８】
なお、機関ＥＣＵ５０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ５０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。
【００４９】
内燃機関の運転制御装置３０は、ガス到達判定部３１と、運転パラメータ変更部３２と、改質制御部３３とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。なお、ガス到達判定部３１が、この実施例に係る内燃機関が備えるガス到達判定手段に相当し、運転パラメータ変更部３２が、この実施例に係る内燃機関１が備える運転パラメータ変更手段に相当する。
【００５０】
この実施例において、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ５０ｐには、内燃機関１の運転を制御する制御部５３が含まれている。ＣＰＵ５０ｐと、記憶部５０ｍとは、バス５４1〜５４3を介して、入力ポート５５及び出力ポート５６を介して接続される。
【００５１】
これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成するガス到達判定部３１と運転パラメータ変更部３２と改質制御部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０が有する内燃機関１の負荷率ＫＬや機関回転数Ｎｅその他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置３０の制御を機関ＥＣＵ５０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００５２】
入力ポート５５には、入力インターフェイス５７が接続されている。入力インターフェイス５７には、エアフローセンサ４２、回転数センサ４３、改質触媒床温度センサ４４、Ａ／Ｆセンサ４５、冷却水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、燃焼イオン電流検出装置６３1〜６３4（添え字は燃焼室番号）、燃焼室内燃焼室内圧力センサ４８1〜４８4（添え字は燃焼室番号）その他の、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。
【００５３】
出力ポート５６には、出力インターフェイス５８が接続されている。出力インターフェイス５８には、還流流量調整弁５、単独のポート噴射弁６、改質用燃料噴射弁２４、イグナイター部６２その他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス５８は、制御回路５８1、５８2等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転を制御することができる。
【００５４】
記憶部５０ｍには、この実施例に係る内燃機関の運転制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００５５】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る内燃機関の運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、ガス到達判定部３１、運転パラメータ変更部３２及び改質制御部３３の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御について説明する。この説明においては、適宜図１〜図４を参照されたい。
【００５６】
図５は、この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。図５は、内燃機関１の１サイクル中における最大の燃焼イオン電流（以下単に燃焼イオン電流という）の時間変化を示している。図６は、この実施例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。この実施例に係る内燃機関の運転制御においては、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして燃焼イオン電流を用いる。この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置（以下運転制御装置）３０が備える改質制御部３３は、改質ガスの還流を開始するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
【００５７】
改質ガスの還流を開始するか否かは、内燃機関１に取り付けられるエアフローセンサ４２、回転数センサ４３、冷却水温センサ４６、改質触媒床温度センサ４４その他の各種センサからの情報を基に、改質制御部３３が判定する。改質ガスの還流を開始しない場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、運転制御装置３０は内燃機関１の監視を継続する。
【００５８】
改質ガスの還流を開始する場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、改質制御部３３は内燃機関１の機関回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｇａから還流させる改質ガスＥｘｒの量や改質用燃料噴射弁２４から改質器２０へ供給する改質用燃料Ｆｒの供給量を決定する。そして、決定された値に基づき、改質制御部３３は改質用燃料噴射弁２４から改質用燃料Ｆｒを噴射させ、また還流流量調整弁５を開く（図５の時間ｔ1）。
【００５９】
運転制御装置３０のガス到達判定部３１は、燃焼状態を判定するため、燃焼イオン電流検出装置６３1〜６３4（図２−２、図４）から内燃機関１の燃焼室内における燃焼イオン電流Ｉを取得する（ステップＳ１０２）。この実施例に係る内燃機関１のように、複数の気筒１Ｓ1〜１Ｓ4内にそれぞれ燃焼室を備える場合には、それぞれの燃焼室に対応する燃焼イオン電流検出装置６３1〜６３4（図２−２、図４）から、燃焼状態を判定する燃焼室に対する燃焼イオン電流Ｉを取得する。
【００６０】
改質を開始する前（図５のｔ1よりも前）は、ある空燃比Ａ／Ｆ（例えばストイキ）で内燃機関１は運転されている。このとき、改質ガスＥｘｒが還流していなくとも、改質器２０の排気通路２２内やガス還流通路１０（いずれも図１参照）内には、内燃機関１の排ガスＥｘに近い成分のガスが存在する。改質を開始して還流流量調整弁５が開かれると、前記ガス還流通路１０内等に存在する排ガスＥｘに近い成分のガスが内燃機関１の燃焼室に最初に還流する（図５のｔ1〜ｔ2）。そして、その後、徐々に改質ガスＥｘｒが内燃機関１の燃焼室に還流し始める（図５のｔ2以降）。
【００６１】
内燃機関１の燃焼室へ排ガスＥｘに近い成分のガスが還流すると、図５に示すように、それまでよりも燃焼イオン電流Ｉは低下する（図５のｔ1）。すなわち、燃焼は悪化する。そして、改質ガスＥｘｒが内燃機関１の燃焼室へ還流し始めると、燃焼イオン電流Ｉは最小値Ｉｍｉｎとなって、その後上昇に転ずる（図５のｔ2）。すなわち、改質ガスＥｘｒ中の水素によって燃焼が改善される。そして、ｔ4で、改質ガスＥｘｒのみが内燃機関１の燃焼室へ還流される。
【００６２】
排ガスＥｘ、あるいは排ガスＥｘに近い成分のガスが燃焼室へ還流すると燃焼が緩慢になるので、運転パラメータである点火時期をより進角側にしないと、燃焼が不安定となりドライバビリティが低下する。一方、改質ガスＥｘｒは水素を含むので、通常の運転時、すなわちＥＧＲを実行しないとき（排ガスＥｘを還流させないとき）よりも燃焼速度は速くなる。この場合、点火時期を遅角させないと、内燃機関１の出力トルクが減少する。このため、改質ガスＥｘｒが還流するときと、排ガスＥｘ、あるいは排ガスＥｘに近い成分のガスが還流するときとで、点火時期は異なることになる。
【００６３】
したがって、改質ガスの還流を開始して、排ガスＥｘに近い成分のガスが最初に燃焼室へ還流しているときに、改質ガスＥｘｒが還流したときの点火時期をそれまでよりも遅角側に変更すると、燃焼が不安定となる。その結果、ドライバビリティの低下を招く。このため、この実施例では、燃焼状態から改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流しているか否かを判定して、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達してから、改質ガスＥｘｒを還流させたときに適した時期、すなわち遅角側に点火時期を変更する。すなわち、燃焼イオン電流Ｉから燃焼室内の燃焼状態を判定し、燃焼イオン電流Ｉが所定の閾値Ｉｓよりも大きくなった場合に、改質ガスＥｘｒが十分に燃焼室へ還流したと判定して、点火時期を改質ガス還流時の点火時期、すなわち遅角側へ変更する。なお、「改質ガスＥｘｒが燃焼室へ到達する」とは、燃焼の促進が十分に認められる状態をいい、例えば、ガス還流通路１０の出口１０ｏにおける全ガスにおいて、改質器２０で改質された改質ガスＥｘｒの比率が５０％程度以上になった状態である。このような状態では、通常、改質ガスＥｘｒの還流を開始した後において、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前よりも燃焼が改善する。
【００６４】
ガス到達判定部３１は、ステップＳ１０２で取得した内燃機関１の燃焼室内における燃焼イオン電流Ｉを、所定の閾値Ｉｓと比較する（ステップＳ１０３）。所定の閾値Ｉｓは、改質ガスＥｘｒが燃焼室内へ到達して、運転パラメータである点火時期を改質ガス還流時における値に変更してもよいか否かの判定に用いられる。上述したように、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流すると、改質ガスＥｘｒが還流していない状態と比較して燃焼が改善する。すなわち、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流すると、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前（図５のｔ1よりも前）よりも燃焼は改善する。したがって、燃焼イオン電流Ｉが改質ガスＥｘｒの還流を開始する前よりも大きくなった場合には、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流していると判定して、運転パラメータ（この例では点火時期）を変更できる。
【００６５】
かかる観点から、燃焼イオン電流Ｉを用いて燃焼室へ改質ガスＥｘｒが還流しているか否かを判定する際の前記閾値Ｉｓは、少なくとも改質ガスＥｘｒの還流を開始する前（図５のｔ1よりも前）の燃焼イオン電流Ｉ1の値とする。そして、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前の燃焼イオン電流Ｉ1よりもある程度大きい値とすることが好ましい。このようにすれば、燃焼イオン電流Ｉの検出ばらつきや改質のばらつきが発生した場合でも、確実に改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流している状態で、点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更できる。ここで、燃焼イオン電流Ｉの値は、内燃機関１の運転条件によっても変化するので、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前における燃焼イオン電流の値に基づいて、所定の閾値Ｉｓを設定することが好ましい。
【００６６】
前記閾値Ｉｓは、例えば、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前における燃焼イオン電流（Ｉ＝Ｉ1）に、所定の閾値補正値ΔＩを加算することにより設定してもよい。このとき、閾値補正値ΔＩは、内燃機関１の運転条件や改質条件等に応じて変更してもよい。例えば、改質条件によっては、燃焼状態の改善度合いが低い場合もあるが、このような場合に閾値補正値ΔＩが大きすぎると、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流しているにも関わらず、改質ガスＥｘｒは燃焼室に還流していないと判定されるおそれもある。内燃機関１の運転条件や改質条件等に応じて閾値補正値を変更すれば、このような不具合を解消して、より確実に改質ガスＥｘｒの還流を検知できる。
【００６７】
燃焼イオン電流Ｉと所定の閾値Ｉｓとを比較した結果、Ｉ≦Ｉｓの場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ、図５のｔ1〜ｔ4までの期間）、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流していないと判定する。この場合は、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流するまで待機する。Ｉ＞Ｉｓの場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ、図５のｔ＝ｔ4以降）、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流していると判定する。この場合、運転制御装置３０の運転パラメータ変更部３２は、点火時期（運転パラメータ）を、改質ガス還流時の点火時期、すなわちより遅角側へ変更する（ステップＳ１０４、図５のｔ＝ｔ5）。そして、運転パラメータ変更部３２は、変更された点火時期を制御部５３に与え、変更された点火時期で制御部５３に内燃機関１を運転させる（ステップＳ１０５）。
【００６８】
なお、改質ガスＥｘｒが燃焼室に到達してから、変更した、すなわち改質ガス還流時に適した点火時期（運転パラメータ）で内燃機関１を運転すればよい。したがって、点火時期（運転パラメータ）の変更は、改質ガスＥｘｒが燃焼室に到達する前でもよい（以下同様）。
【００６９】
なお、この実施例に係る内燃機関１のように複数の燃焼室を備える場合、前記閾値を超えた燃焼室順に点火時期を変更する。すなわち、改質ガスＥｘｒの還流を開始した後、燃焼状態が一旦悪化してから、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前よりも燃焼状態が改善したら、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流していると判定して、点火時期を遅角する。
【００７０】
なお、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流している状態（図５のｔ4以降）において、改質を開始する前の点火時期で点火すると、過進角の状態となる。過進角の状態では、燃焼は改善されるため燃焼イオン電流Ｉは上昇するが（図５のｔ＝ｔ4〜ｔ5）、内燃機関１の出力トルクは低下する。したがって、ｔ＝ｔ5の時点で、点火時期を、改質ガスＥｘｒが還流している状態において最適な点火時期、すなわち、改質を開始する前の点火時期よりも遅角側へ変更する。図５のｔ＝ｔ5で点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更すると、燃焼が最適化されて内燃機関１の出力トルクは向上し、燃焼イオン電流Ｉはやや低下する（ｔ＝ｔ6）。
【００７１】
図５中のｔ＝ｔ4の時点で、改質ガスＥｘｒは燃焼室に還流しているので、ｔ＝ｔ4以降であれば点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更してもよい。なお、この実施例のように、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流したとき（ｔ＝ｔ4）からある程度の時間が経過してから点火時期を変更すると、より確実に改質ガスＥｘｒが還流した状態で、点火時期を変更することができ、燃焼が不安定になるおそれをより確実に低減できる。
【００７２】
ここで、例えば、改質器２０が備える改質触媒がＳ（硫黄）被毒したり改質触媒にコーキングが発生したりした場合には、改質を停止してＳ被毒等から改質触媒を回復させる。また、内燃機関１の運転条件によっては、改質ガスＥｘｒを還流しない場合もある。このように、改質ガスの還流を停止した場合における内燃機関１の運転制御について説明する。図７は、改質ガスの還流を停止した場合の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。図８は、改質ガスの還流を停止した場合の運転制御の手順を示すフローチャートである。
【００７３】
まず、運転制御装置３０が備える改質制御部３３は、改質ガスの還流を停止するか否かを判定する（ステップＳ２０１）。改質ガスの還流を停止しない場合には（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、運転制御装置３０は内燃機関１の監視を継続する。改質ガスの還流を停止する場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、改質制御部３３は改質用燃料噴射弁２４からの改質用燃料Ｆｒの噴射を停止するとともに、還流流量調整弁５を閉じる（図７の時間ｔ1）。
【００７４】
次に、運転制御装置３０のガス到達判定部３１は、燃焼状態を判定するため、燃焼イオン電流検出装置６３1〜６３4（図２−２、図４）から内燃機関１の燃焼室内における燃焼イオン電流Ｉを取得する（ステップＳ２０２）。そして、ガス到達判定部３１は、ステップＳ２０２で取得した内燃機関１の燃焼室内における燃焼イオン電流Ｉを、所定の下限値Ｉｓｌと比較する（ステップＳ２０３）。改質ガスＥｘｒの還流を停止すると、吸気通路３から導入される空気Ａと内燃機関用燃料Ｆｅとの混合気が内燃機関１の燃焼室に導入されて、この混合気（燃焼混合気）が燃焼することにより内燃機関１が駆動する。
【００７５】
前記燃焼混合気は、水素を含有する改質ガスＥｘｒよりも燃焼速度が遅いので、改質ガスＥｘｒを還流させる場合よりも点火時期を進角側に変更しないと、燃焼状態が不安定となり、ドライバビリティ等に影響を及ぼす。前記所定の下限値Ｉｓｌは、かかる観点から定められるものであり、燃焼状態の悪化が許容できる範囲で最小限の値に設定する。なお、燃焼イオン電流Ｉの値は、内燃機関１の運転条件によっても変化するので、改質ガスＥｘｒの還流を停止する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスＥｘｒの還流を停止する前の燃焼イオン電流Ｉの値に基づいて、所定の下限値Ｉｓｌを設定することが好ましい。
【００７６】
燃焼イオン電流Ｉと所定の下限値Ｉｓｌとを比較した結果、Ｉ＞Ｉｓｌの場合には（ステップＳ２０３：Ｎｏ、図７のｔ1〜ｔ2までの期間）、燃焼状態は許容範囲にあると判定する。この場合は、点火時期を変更しないで内燃機関１を運転する。Ｉ≦Ｉｓｌの場合には（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ、図７のｔ＝ｔ2以降）、燃焼状態は許容できないと判定する。この場合、運転制御装置３０の運転パラメータ変更部３２は、点火時期（運転パラメータ）を、改質ガス還流時の点火時期よりも進角側へ変更する（ステップＳ２０４、図７のｔ＝ｔ2）。そして、制御部５３は、変更された点火時期（運転パラメータ）で内燃機関１を運転する（ステップＳ２０５）。これによって、燃焼用混合気に適した燃焼状態となるので、改質ガスＥｘｒの還流停止前に対してドライバビリティが低下することを抑制できる。
【００７７】
（変形例）
この変形例は、上記実施例と略同様の構成であるが、燃焼状態の判定に、燃焼室内における燃焼圧力（以下燃焼室内圧力）の変化を用いる点が異なる。すなわち、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして燃焼室内圧力を用いる点が異なる。他の構成は上記実施例と同様である。内燃機関と電動機とを組み合わせる、いわゆるハイブリッド（以下ＨＶ）駆動装置では、スロットル弁の開度を一定として、内燃機関のトルクの過不足は電動機や蓄電池等を含む電気系によって吸収することができる。このように、スロットル弁の開度を一定とすれば、改質ガスＥｘｒの還流量が増加すると燃焼状態が改善し、その結果として最大燃焼室内圧力が大きくなる。この変形例では、これを利用して、改質ガスが燃焼室内に到達したか否かを判定する。
【００７８】
図９は、この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼室内圧力の時間変化を示す説明図である。なお、図９は、内燃機関１の１サイクル中における最大燃焼室内圧力（以下単に燃焼室内圧力という）の時間変化を示している。図１０は、この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。
【００７９】
この変形例に係る内燃機関の運転制御では、内燃機関１の各気筒１Ｓ1〜１Ｓ4が備える燃焼室に、燃焼状態検出手段である燃焼室内圧力センサ４８1〜４８4を設け（図１参照）、これによって燃焼室内圧力を検出する。この変形例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、運転制御装置３０が備える改質制御部３３は、改質ガスの還流を開始するか否かを判定する（ステップＳ３０１）。改質ガスの還流を開始しない場合には（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、運転制御装置３０は内燃機関１の監視を継続する。
【００８０】
改質ガスの還流を開始する場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、改質制御部３３は内燃機関１の機関回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｇａから還流させる改質ガスＥｘｒの量や改質用燃料噴射弁２４から改質器２０へ供給する改質用燃料Ｆｒの供給量を決定する。そして、決定された値に基づき、改質制御部３３は改質用燃料噴射弁２４から改質用燃料Ｆｒを噴射させ、また還流流量調整弁５を開く（図９の時間ｔ1）。
【００８１】
運転制御装置３０のガス到達判定部３１は、燃焼状態を判定するため、燃焼室内圧力センサ４８1〜４８4（図１）から内燃機関１の燃焼室内における燃焼室内圧力Ｐを取得する（ステップＳ３０２）。この実施例に係る内燃機関１のように、複数の気筒１Ｓ1〜１Ｓ4内にそれぞれ燃焼室を備える場合には、それぞれの燃焼室に対応する燃焼室内圧力センサ４８1〜４８4（図１）から、燃焼状態を判定する燃焼室に対する燃焼室内圧力Ｐを取得する。
【００８２】
ガス到達判定部３１は、ステップＳ３０２で取得した燃焼室内圧力Ｐを、所定の閾値Ｐｓｌと比較する（ステップＳ３０３）。所定の閾値Ｐｓｌは、改質ガスＥｘｒが燃焼室内へ到達して、運転パラメータである点火時期を改質ガス還流時における値に変更してもよいか否かの判定に用いられる。上述したように、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流すると、改質ガスＥｘｒが還流していない状態と比較して燃焼が改善する。すなわち、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流すると、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前（図５のｔ1よりも前）よりも燃焼は改善する。したがって、燃焼室内圧力Ｐが改質ガスＥｘｒの還流を開始する前よりも大きくなった場合には、改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流していると判定できる。
【００８３】
かかる観点から、燃焼室内圧力Ｐを用いて燃焼室へ改質ガスＥｘｒが還流しているか否かを判定する際の前記閾値Ｐｓｌは、少なくとも改質ガスＥｘｒの還流を開始する前（図９のｔ1よりも前）の燃焼室内圧力Ｐ1の値とする。そして、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前の燃焼室内圧力Ｐ1よりもある程度大きい値とすることが好ましい。このようにすれば、燃焼室内圧力Ｐの検出ばらつきや改質のばらつきが発生した場合でも、確実に改質ガスＥｘｒが燃焼室へ還流している状態で、点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更できる。ここで、燃焼室内圧力Ｐの値は、内燃機関１の運転条件によっても変化するので、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスＥｘｒの還流を開始する前における燃焼室内圧力Ｐの値に基づいて、所定の閾値Ｐｓｌを設定することが好ましい。
【００８４】
燃焼室内圧力Ｐと所定の閾値Ｐｓｌとを比較した結果、Ｐ≦Ｐｓｌの場合には（ステップＳ３０３：Ｎｏ、図９のｔ1〜ｔ4までの期間）、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流していないと判定する。この場合は、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流するまで待機する。Ｐ＞Ｐｓｌの場合には（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ、図９のｔ＝ｔ4以降）、改質ガスＥｘｒが燃焼室に還流していると判定する。この場合、運転制御装置３０の運転パラメータ変更部３２は、点火時期（運転パラメータ）を、改質ガス還流時の点火時期、すなわちより遅角側へ変更する（ステップＳ３０４、図９のｔ＝ｔ5）。そして、運転パラメータ変更部３２は、変更した点火時期を制御部５３に与え、変更した点火時期で制御部５３に内燃機関１を運転させる（ステップＳ３０５）。
【００８５】
上述したように、燃焼状態は、上述した燃焼イオン電流や燃焼室内圧力を用いて判定することができる。この他、例えば、回転数センサ４３（図１）によって検出される内燃機関１の機関回転数の変動を燃焼状態判定パラメータとして用いて燃焼状態を判定してもよい。また、改質ガスを還流させることによって内燃機関１に供給される水素の量に基づいて、点火時期を変更してもよい。例えば、そして、吸気通路３に設けられる水素濃度センサ４９（図１）を用いて、内燃機関１の燃焼室に供給される水素濃度を求め、これに基づいて点火時期を変更する。なお、内燃機関１の燃焼室に導入される全ガス量に対する水素の割合に応じて予め点火時期を定めておく。なお、燃焼イオン電流は空燃比Ａ／Ｆや燃焼室に還流する排ガスや改質ガスの割合に対して敏感に反応するので、燃焼状態の判定が容易になるとともに、判定精度も向上する。
【００８６】
以上、この実施例及びその変形例では、改質ガスが燃焼室に到達したことを判定して、その後に、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータ（点火時期）で内燃機関を運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から還流ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られ、ドライバビリティの低下を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する内燃機関に有用であり、特に、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。
【図２−１】燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。
【図２−２】複数の気筒を備える内燃機関において燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。
【図３】燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。
【図４】この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。
【図５】この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。
【図６】この実施例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。
【図７】改質ガスの還流を停止した場合の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。
【図８】改質ガスの還流を停止した場合の運転制御の手順を示すフローチャートである。
【図９】この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼室内圧力の時間変化を示す説明図である。
【図１０】この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１  内燃機関
１ｂ  燃焼室
３  吸気通路
４  スロットル弁
５  還流流量調整弁
１０  ガス還流通路
１１  改質用導管
２０  改質器
２４  改質用燃料噴射弁
３０  内燃機関の運転制御装置
３１  ガス到達判定部
３２  運転パラメータ変更部
３３  改質制御部
４８1〜４８4  燃焼室内圧力センサ
５０  機関ＥＣＵ
６３  燃焼イオン電流検出装置
【図１】
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【図２−１】
2006299831.tif 000004
【図２−２】
2006299831.tif 000005
【図３】
2006299831.tif 000006
【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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