(57)【要約】【課題】耐久性の向上を図ることができる内燃機関を提供すること。【解決手段】内燃機関１の運転状態に応じて、各気筒１１ａ〜ｄのそれぞれに燃料を直接供給する燃料噴射弁５１ａ〜ｄと、この各気筒１１ａ〜ｄのうち一部である改質用気筒１１ｄから排気された排気ガスを燃料改質器３１に導入する排気ガス導入通路３５と、燃料を改質する燃料改質器３１と、改質された燃料を含む改質ガスを吸気経路２０から各気筒１１ａ〜ｄに導入する改質燃料導入通路３６とを備え、燃料噴射弁５１ｄは、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内に改質用気筒１１ｄ内に燃料を供給する。【選択図】        図１
2006105048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態に応じて、当該内燃機関が有する複数の気筒内にそれぞれ燃料を直接供給する燃料供給手段と、
前記複数の気筒のうち一部の改質用気筒から排気された排気ガスを燃料改質器に導入する排気ガス導入通路と、
燃料を改質する燃料改質器と、
前記改質された燃料を含む改質ガスを吸気経路から各気筒に導入する改質燃料導入通路と、
を備える内燃機関であって、
前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程の期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程の当該排気行程開始直後を除いた期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給す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】
前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程のオーバーラップ期間開始までの期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃料供給手段は、各気筒の吸気行程の期間内における燃料の供給の増量、あるいは各気筒の圧縮行程の期間内における燃料の供給の少なくともいずれか一方を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記各気筒から排気された排気ガスが当該各気筒と連通する排気枝管を介して複数の導入口から導入される過給機をさらに備え、
前記排気ガス導入通路は、１つの導入口と連通する複数の排気枝管のうち、当該導入口から気筒までの距離が短い排気枝管と連通することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、更に詳しくは、改質された燃料を含む改質ガスを吸気経路に導入する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乗用車、トラックなどに搭載されるガソリンエンジンなどの内燃機関では、ポンプ損失の低減による燃費の向上、燃料温度の低下によるＮＯｘの低減などを図るために、排気経路の排気ガスの一部を吸気経路に導入するものがある。一方、燃料速度の向上あるいはリーン燃焼などによる燃費の向上、ノッキングの低減などを図るために、燃料改質器を備え、この燃料改質器により燃料を改質し、燃料から水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などを生成し、この生成された水素などを吸気経路に導入する内燃機関がある。ここで、特許文献１に示すように、これらを組み合わせた技術が提案されている。この従来の内燃機関は、排気経路の排気ガスの一部を燃料改質器に導入する際に燃料を添加し、この添加された燃料を燃料改質器に設けられた改質触媒により改質し、この改質された燃料および排気ガスを吸気経路に導入するものである。
【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】
ところで、燃料の改質反応には、この燃料改質器に設けられた改質触媒が必要である。この改質触媒は、この燃料改質器の温度、すなわちこの改質触媒の温度が一定の温度以上で活性化し、燃料改質器において燃料の改質を効率良く行うことができる。ここで、内燃機関の運転状態が、例えば高負荷状態である場合は、内燃機関から排気される排気ガスの温度が上昇して高くなり、この温度の高い排気ガスの一部が燃料改質器に導入されることとなる。従って、この燃料改質器の温度が上記一定の温度以上に上昇して、高い温度の状態で維持されることで熱劣化する虞があり、耐久性を向上することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少なくとも耐久性の向上を図ることができる内燃機関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、この発明では、内燃機関の運転状態に応じて、当該内燃機関が有する複数の気筒内にそれぞれ燃料を直接供給する燃料供給手段と、前記複数の気筒のうち一部の改質用気筒から排気された排気ガスを燃料改質器に導入する排気ガス導入通路と、燃料を改質する燃料改質器と、前記改質された燃料を含む改質ガスを吸気経路から各気筒に導入する改質燃料導入通路と、を備える内燃機関であって、前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程の期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、燃料改質器に導入される排気ガスを排気する改質用気筒内には、この改質用気筒の排気行程の期間中に燃料が供給される。つまり、改質用気筒内の排気ガスに未燃焼の燃料が添加され、この燃料が添加された排気ガスの一部が排気ガス導入通路を介して燃料改質器に導入される。燃料改質器は、少なくともこの排気ガスに添加された燃料を改質する。これにより、改質燃料導入通路を介して吸気経路から各気筒に改質された燃料を含む改質ガスを導入することができる。
【０００８】
また、改質用気筒の排気行程の期間内にこの改質用気筒内に供給された燃料は、排気ガス中で気化する。燃料が気化する際には、気化潜熱により改質容器筒内の排気ガスの熱を奪うため、この排気ガスの温度を低下することができ、この改質用気筒から排気される燃料ガスの温度が低下する。これにより、燃料改質器に導入される改質用気筒から排気された一部の排気ガスの温度を低下することができる。
【０００９】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程の当該排気行程開始直後を除いた期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給することを特徴とする。
【００１０】
排気行程開始直後は、気筒内の温度が高いとともに、酸素がほぼ存在しない状態であり、この状態の気筒に燃料を供給しても、この燃料が蒸し焼きとなり、この蒸し焼きの燃料が燃料改質器に導入されない排気ガスともに外部に排気され、スモークが発生する虞がある。しかしながら、この発明によれば、改質用気筒の排気行程の期間中で、排気行程開始直後を除いた期間内で、改質用気筒内に燃料が供給される。従って、この改質用気筒内に供給された燃料が蒸し焼きになることを抑制でき、燃料改質器に導入されない排気ガスが外部に排気されることによるスモークの発生を抑制することができる。
【００１１】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記燃料供給手段は、前記改質用気筒の排気行程のオーバーラップ期間開始までの期間内に当該改質用気筒内に燃料を供給することを特徴とする。
【００１２】
オーバーラップ期間においては、吸気経路と気筒との連通、気筒と排気経路との連通が行われる。この際に、排気経路の圧力が吸気経路の圧力よりも高いと、気筒内の排気ガスは吸気経路に流入することとなる。しかしながら、この発明によれば、改質用気筒内への燃料の供給は、オーバーラップ期間が開始される前までに終了する。つまり、吸気経路と改質用気筒との連通が行われる期間には、この改質用気筒内に燃料を供給しない。従って、改質用気筒内に供給された燃料が排気ガスとともに吸気経路に流入することを抑制することができる。
【００１３】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記燃料供給手段は、各気筒の吸気行程の期間内における燃料の供給の増量、あるいは各気筒の圧縮行程の期間内における燃料の供給の少なくともいずれか一方を行うことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、各気筒に供給する燃料を運転状態に応じて増量、すなわち吸気行程の期間内に供給する燃料を増量し、吸気行程の期間内以外に圧縮工程の期間内に燃料を供給する。従って、増量した燃料が気化する際に、気化潜熱により各気筒内の温度を低下させることができるため、各気筒のノックを抑制することができ、点火時期を進角させることができる。これにより、吸気経路から各気筒に導入される改質ガス量の増量を図ることができるため、改質された燃料の導入量を増加することができる。
【００１５】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記各気筒から排気された排気ガスが当該各気筒と連通する排気枝管を介して複数の導入口から導入される過給機をさらに備え、
前記排気ガス導入通路は、１つの導入口と連通する複数の排気枝管のうち、当該導入口から気筒までの距離が短い排気枝管と連通することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、改質用気筒と他の気筒との残留する排気ガス量の不均衡を抑制することができ、各気筒間のノック差を縮小することができる。これにより、各気筒の点火時期を進角させることができ、吸気経路から各気筒に導入される改質ガス量の増量をさらに図ることができるため、改質された燃料の導入量をさらに増加することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明にかかる内燃機関は、燃料改質器に導入される排気ガスの温度を下げることで、耐久性の向上を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記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或いは実質的に同一のものが含まれる。なお、以下の説明では、ツインエントリーターボチャージャを備える直列４気筒の内燃機関について説明するが、この発明はこれに限定されるものではなく、６気筒、８気筒などの多気筒の内燃機関であれば良く、また過給機を備えない内燃機関でも良い。
【実施例】
【００１９】
図１は、この発明にかかる内燃機関の構成例を示す図である。同図に示すように、この発明にかかる内燃機関１は、ガソリンエンジンなどである内燃機関本体１０と、吸気経路２０と、燃料改質器３１を備える排気経路３０と、この内燃機関１の運転制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）４０と、ターボチャージャ６０とにより構成されている。
【００２０】
内燃機関本体１０には、吸気経路２０が接続されており、この吸気経路２０を介して、外部から空気および燃料がこの内燃機関本体１０に形成される複数の気筒である気筒１１ａ〜１１ｃおよび改質用気筒１１ｄに導入される。また、内燃機関本体１０には、排気経路３０が接続されており、この排気経路３０を介して、内燃機関本体１０の気筒１１ａ〜１１ｃおよび改質用気筒１１ｄから排気された排気ガスが外部に排気される。
【００２１】
内燃機関本体１０の気筒１１ａ〜１１ｃおよび改質用気筒１１ｄには、この各気筒内に燃料を直接供給する燃料供給手段である燃料噴射弁５１ａ〜ｄがそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁５１ａ〜ｄには、燃料ポンプ５３が駆動することで、燃料通路５４を介して、燃料タンク５２に貯留されていた燃料が圧送される。燃料噴射弁５１ａ〜ｄの燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち噴射制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。なお、少なくとも燃料噴射弁５１ａ〜ｃと燃料噴射弁５１ｄは、個別にＥＣＵにより噴射制御が行われる。
【００２２】
吸気経路２０は、エアクリーナー２１と、吸気通路２２と、エアフロメータ２３と、スロットルバルブ２４とにより構成されている。エアクリーナー２１により、粉塵が除去された空気は、吸気通路２２を介して、内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。エアフロメータ２３は、この内燃機関本体１０に導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力するものである。スロットルバルブ２４は、図示しないアクチュエータにより駆動されることで、内燃機関本体１０の各気筒１１に吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ２４の開度の制御、すなわちバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２３】
排気経路３０は、燃料改質器３１と、排気通路３２と、第１排気集合管３３と、第２排気集合管３４と、排気ガス導入通路３５と、改質燃料導入通路３６と、改質燃料冷却装置３７と、流量調整弁３８とにより構成されている。燃料改質器３１は、円筒形状に形成され、その中空部３１ａに燃料改質通路３１ｂが配置されている。この中空部３１ａは、その両端が排気通路３２と連通している。内燃機関本体１０から排気された排気ガスは、中空部３１ａ内を通過することで燃料改質器３１を通過する。この中空部３１ａを通過した排気ガスは、燃料改質器３１の下流側の排気通路３２を介して図示しない浄化装置に導入され、この浄化装置により有害物質が浄化された後、外部に排気される。なお、燃料改質器３１より上流側の排気通路３２は、後述するターボチャージャ６０のタービン６１の吐出側と連通している。また、この排気通路３２には、この排気通路３２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力するＯ２センサ３９が設けられている。
【００２４】
燃料改質通路３１ｂは、図示しない多数の配管を連通することで構成されている。この各配管は、中空部３１ａと連通しておらず、燃料改質通路３１ｂ内の排気ガスが中空部３１ａに流出することはない。この燃料改質通路３１ｂ内には、改質触媒３１ｃが設けられている。この改質触媒３１ｃは、ロジウム系の触媒であり、後述する排気ガスに添加された燃料を改質するものである。具体的には、改質触媒３１ｃは、改質反応である吸熱反応により燃料から水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などを生成するものである。具体的な吸熱反応は、例えば、
1.56(7.6ＣＯ2+6.8Ｈ2Ｏ+40.8Ｎ2)+3Ｃ7.6Ｈ12.6+984.8Kcal→31Ｈ2+34.7ＣＯ+63.6Ｎ2
となる。この燃料改質通路３１ｂは、その一端が排気ガス導入通路３５と連通しており、他方の端部が改質燃料導入通路３６と連通している。
【００２５】
内燃機関本体１０の気筒１１ａ〜ｃおよび改質用気筒１１ｄは、第１排気集合管３３および第２排気集合管３４に連通している。第１排気集合管３３および第２排気集合管３４は、それぞれ複数の排気枝管３３ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂにより構成されている。ここでは、気筒１１ａが第１排気集合管３３の排気枝管３３ａと、気筒１１ｂが第２排気集合管３４の排気枝管３４ａと、気筒１１ｃが第２排気集合管３４の排気枝管３４ｂと、改質用気筒１１ｄが第１排気集合管３３の排気枝管３３ｂと連通している。この第１排気集合管３３および第２排気集合管３４の一方の端部は、後述するターボチャージャ６０のタービン６１と吸引側の図示しない複数の導入口（同図では、２つ）とそれぞれ個別に連通している。
【００２６】
排気ガス導入通路３５は、上記導入口から気筒までの距離が短い排気枝管、すなわち同図において、第１排気集合管３３あるいは第２排気集合管３４のうち、各排気集合管を構成する排気枝管の中で短い排気枝管である改質用気筒１１ｄと連通する第１排気集合管３３の排気枝管３３ｂと連通する。従って、排気ガス導入通路３５は、複数の気筒のうちの一部である改質用気筒１１ｄから排気された排気ガスを燃料改質器３１に導入するものである。
【００２７】
この排気ガス導入通路３５が導入口から気筒までの距離が短い排気枝管１１ｄと連通することで、この導入口と改質用気筒１１ｄとの間の容積を大きくすることができる。つまり、排気枝管１１ｄにおける圧力変動とこの排気枝管１１ｄと連通する排気枝管１１ａにおける圧力変動との差を小さくすることができる。従って、改質用気筒１１ｄと他の気筒１１ａ（１１ｂ〜ｃ）との排気行程終了時において各気筒１１ａ〜ｄ内に残留する排気ガス量の不均衡を抑制することができ、各気筒１１ａ〜ｄ間のノック差を縮小することができる。これにより、内燃機関１の運転状態が高負荷状態、すなわち高過給状態であるために遅角となっている各気筒１１ａ〜ｄの点火時期を進角させることができ、吸気経路２０から各気筒１１ａ〜ｄに導入される改質ガス量の増量をさらに図ることができるため、改質された燃料の導入量をさらに増加することができる。
【００２８】
この排気ガス導入通路３５には、燃料改質器３１に導入される排気ガスに燃料を添加する燃料添加手段である燃料添加装置５５が設けられている。この燃料添加装置５５には、上記燃料噴射弁５１ａ〜ｄと同様に、燃料ポンプ５３が駆動することで、燃料通路５４および分岐通路５６を介して、燃料タンク５２に貯留されていた燃料が圧送される。燃料添加装置５５の燃料添加量や添加タイミングなどの制御、すなわち添加制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２９】
つまり、燃料改質通路３１ｂには、排気ガス通路３５を介して、改質用気筒１１ｄから排気された排気ガスの一部と、後述する改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内に燃料噴射弁５５ｄからこの改質用気筒１１ｄ内に供給され排気ガスに添加された燃料あるいは燃料添加装置５５により排気ガスに添加された燃料の少なくともいずれか一方とが導入される。この導入された燃料を添加された排気ガスは、改質触媒３１ｃにより改質され、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）を含む排気ガス、すなわち改質された燃料を含む改質ガスとなり、改質燃料導入通路３６に流出する。
【００３０】
改質燃料導入通路３６には、改質燃料冷却装置３７および流量調整弁３８が設けられており、吸気経路２０のスロットルバルブ２４の下流側の吸気通路２２と連通している。改質燃料冷却装置３７は、燃費の向上を図るために、燃料改質通路３１ｂからこの改質燃料導入通路３６に流入した高温（例えば７００℃程度）の改質された燃料を含む改質ガス、を冷却するものである。流量調整弁３８は、改質された燃料を含む改質ガスを内燃機関１の吸気経路２０に導入、すなわち再度内燃機関本体１０の気筒１１ａ〜ｃ、改質用気筒１１ｄに導入する量である改質ガス量を調整するものである。この流量調整弁３８の流量調整弁の開度の制御、すなわち流量調整弁開度制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００３１】
ＥＣＵ４０は、この発明にかかる内燃機関１の制御装置であり、この内燃機関１を運転制御するものである。このＥＣＵ４０は、内燃機関１が搭載された図示しない車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、内燃機関本体１０の図示しないクランクシャフトに取り付けられた角度センサにより検出されたクランク角度、エアフロメータ２３により検出された吸入空気量、図示しないアクセルペダルセンサにより検出されたアクセル開度、Ｏ２センサ３７により検出された排気ガスの酸素濃度などがある。ＥＣＵ４０は、これら入力信号および記憶部４３に記憶されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、スロットルバルブ２４のバルブ開弁制御を行うバルブ開度信号、燃料噴射弁５１ａ〜ｃおよび燃料噴射弁５１ｄの噴射制御を行う噴射信号、内燃機関本体１０の図示しない点火プラグの点火制御を行う点火信号、後述する流量調整弁３８の流量調整弁開度制御を行う流量調整弁開度信号、燃料添加装置５５の添加制御を行う添加信号などの出力信号などがある。
【００３２】
ここで、ＥＣＵ４０による内燃機関１の基本的な運転制御は、燃料噴射弁５１ａ〜ｄから気筒１１ａ〜ｃ内および改質用気筒１１ｄ内に直接供給される燃料噴射量、噴射タイミングが、これら入力信号のうち、例えばクランク角度から取得された機関回転数および吸入空気量に基づいて、内燃機関１をストイキ（λ＝１）で運転、すなわち空燃比が理論空燃比となるように行われる。ここで、この燃料噴射量の算出は、上記入力信号と記憶部４３に記憶されている燃料噴射量マップとに基づいて算出しても良いし、上記入力信号とＯ２センサ３７により検出された排気ガスの酸素濃度とに基づいて算出しても良い。また、流量調整弁３８の流量調整弁開度制御は、吸気経路２０に導入される改質ガスの改質ガス量がこれら入力信号のうちクランク角度から取得された機関回転数および吸入空気量と記憶部４３に記憶されている改質ガス量マップとに基づいて算出された改質ガス量となるように行われる。
【００３３】
具体的に、このＥＣＵ４０は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）４１と、処理部４２と、上記燃料噴射量マップ、改質ガス量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部４３とにより構成されている。処理部４２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、後述する内燃機関１の運転制御方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、内燃機関１の運転制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部４３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、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。また、この発明では、内燃機関１の運転制御方法をＥＣＵ４０により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ４０とは個別に形成された制御装置により実現しても良い。
【００３４】
ターボチャージャ６０は、ツインエントリー式、すなわち内燃機関１から排気された排気ガスが２つの導入口から導入される方式の過給機である。このターボチャージャ６０は、タービン６１と、コンプレッサ６２と、回転軸６３とにより構成されている。なお、６４は、吸気通路２２に設けられ、コンプレッサ６２により圧縮された空気を冷却するインタークーラーである。タービン６１は、排気経路３０に配設されており、吸引側である図示しない２つの導入口が第１排気集合管３３および第２排気集合管３４と連通しており、吐出側が排気通路３２を介して燃料改質器３１と連通している。このタービン６１は、内燃機関本体１０から第１排気集合管３３および第２排気集合管３４に排気された排気ガスにより回転するものである。このタービン６１は、回転軸６３によりコンプレッサ６２と連結されている。コンプレッサ６２は、吸気経路２０に配設されており、エアクリーナー２１とインタークーラー６４との間の吸気通路２２に配置されている。このコンプレッサ６２は、タービン６１が排気ガスにより回転すると、回転軸６３を介して同一方向に回転し、吸気通路２２内の空気を圧縮、すなわち内燃機関本体１０に過給するものである。
【００３５】
次に、この発明にかかる内燃機関１の運転制御について説明する。ここでは、内燃機関１の運転状態が高負荷状態である場合における運転制御ついて説明する。図２は、この発明にかかる内燃機関の制御装置の動作フローを示す図である。図３は、改質用気筒の行程を示す図である。図４は、改質器用気筒における吸排気圧とクランク角度との関係である。なお、吸気行程とは、各気筒１１ａ〜ｄと吸気経路２０とが連通している期間（図示しない吸気バルブが開いている期間）をいう。排気行程とは、各気筒１１ａ〜ｄと排気経路３０とが連通している期間（図示しない排気バルブが開いている期間）をいう。また、圧縮行程とは、各気筒１１ａ〜ｄと吸気経路２０との連通が終了してから図示しないピストンが上死点に位置するまでの期間をいう。また、膨張行程とは、上記ピストンが上死点に位置してから各気筒１１ａ〜ｄと吸気経路２０との連通が開始されるまでの期間をいう。さらに、オーバーラップ期間とは、各気筒１１ａ〜ｄと吸気経路２０および排気経路３０とが連通している期間をいう。
【００３６】
まず、同図に示すように、ＥＣＵ４０の処理部４２は、内燃機関１の運転状態を取得する（ステップＳＴ１）。具体的には、燃料噴射弁５１ａ〜ｄの噴射制御に必要な情報、例えばクランク角度、吸入空気量、アクセル開度などを取得する。
【００３７】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、吸気・圧縮時燃料噴射量、噴射タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。つまり、各気筒１１ａ〜ｄの吸気行程および圧縮行程の期間内において、燃料噴射弁５１ａ〜ｄからそれぞれ各気筒１１ａ〜ｄ内に直接供給される燃料の燃料噴射量および噴射タイミングを算出する。ここで、内燃機関１の運転状態は、高負荷状態であるため、通常の運転状態と比較して燃料噴射量を増量する必要がある。内燃機関１が通常の運転状態においては、燃料噴射弁５１ａ〜ｄによる各気筒１１ａ〜ｄ内への燃料の噴射タイミングは、図３のＡ点を噴射終了時期とする吸気時燃料噴射となる。従って、燃料噴射量を増量する際には、各気筒の吸気行程の期間内における燃料の供給の増量、すなわち吸気時燃料噴射を増量する吸気時増量燃料噴射および／または各気筒の圧縮行程の期間内における燃料の供給、すなわち同図のＢ点を噴射開始時期とする圧縮時燃料噴射を行う。
【００３８】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、上記算出された吸気・圧縮時燃料噴射量、噴射タイミングに基づいて、燃料噴射弁５１ａ〜ｄにより吸気・圧縮時燃料噴射を実行する（ステップＳＴ３）。これにより、同図に示すように、燃料噴射弁５１ａ〜ｄは、各気筒１１ａ〜ｄに供給する燃料を運転状態に応じて増量、すなわち吸気行程の期間内に供給する燃料を増量（吸気時増量燃料噴射）し、吸気行程の期間内以外に圧縮工程の期間内に燃料を供給（圧縮時増量燃料噴射）する。この吸気時増量燃料噴射により、各気筒１１ａ〜ｄ内に吸気された空気の温度をこの増量した燃料が気化する際の気化潜熱によりさらに低下させることができる。また、この圧縮時燃料噴射により、各気筒１１ａ〜ｄ内の吸気された空気と燃料との混合ガスの圧縮端温度をこの増量した燃料が気化する際の気化潜熱により低下させることができる。従って、各気筒１１ａ〜ｄのノックを抑制することができ、内燃機関１の運転状態が高負荷状態、すなわち高過給状態であるために遅角となっている各気筒１１ａ〜ｄの点火時期をさらに進角させることができる。これにより、吸気経路２０から各気筒１１ａ〜ｄに導入される改質ガス量の増量をさらに図ることができるため、改質された燃料の導入量をさらに増加することができる。
【００３９】
次に、図２に示すように、ＥＣＵ４０の処理部４２は、燃料改質器３１に導入する排気ガスに添加する燃料の燃料添加量を算出する（ステップＳＴ４）。具体的には、処理部４２は、上述のように、クランク角度から取得された機関回転数および吸入空気量と記憶部４３に記憶されている改質ガス量マップとに基づいて算出された改質ガス量と、記憶部４３に記憶されているこの改質ガス量に基づいた改質された燃料である燃料改質量マップとに基づいて、燃料添加量を算出する。なお、燃料改質量マップの代わりに、改質ガス量に対する改質された燃料である水素（Ｈ２）の濃度が設定される水素濃度マップを用いても良い。
【００４０】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、排気時燃料噴射量、噴射タイミングの算出を行う（ステップＳＴ５）。つまり、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内において、燃料噴射弁５１ｄからこの改質用気筒１１ｄ内に直接供給される燃料の燃料噴射量および噴射タイミングを算出する。この排気時燃料噴射量の算出は、上記算出された燃料添加量と内燃機関の運転状態とに基づいて算出する。例えば、内燃機関の運転状態のうち負荷の増加に応じて上記算出された燃料添加量に対する排気時燃料噴射量を増加するように算出する。
【００４１】
ここで、この改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内における燃料の供給、すなわち排気時燃料噴射は、図３のＣ点に示す改質用気筒１１ｄのオーバーラップ期間開始までに行われることが好ましい。つまり、排気時燃料噴射の終了は、改質用気筒１１ｄのオーバーラップ期間開始までとすることが好ましい。
【００４２】
図４に示すように、改質用気筒１１ｄと連通する吸気経路２０の吸気通路２２には、吸気脈動により圧力変動が発生している。また、改質用気筒１１ｄと連通する排気経路３０の第１排気集合管３３の排気枝管３３ｂには、排気脈動が発生している。この排気脈動は、この改質用気筒１１ｄのブローダウンの期間と、排気枝管３３ｂと連通する排気枝管３３ａに連通する気筒１１ａのブローダウンおよびタービン６１を介して気筒１１ｂ，ｃのブローダウンの期間とが合わさったものとなる。ここで、吸気脈動による圧力変動と排気枝管３３ｂ内に発生した排気脈動の圧力変動との関係により、吸気圧が排気圧よりも低くなる状態が生じる場合がある。この吸気圧が排気圧よりも低くなる状態、つまり排気経路３０の圧力が吸気経路２０の圧力よりも高い状態がオーバーラップ期間、すなわち改質用気筒１１ｄにおいて吸気経路２０の吸気通路２２および排気経路３０の排気枝管３３ａが連通する期間内に生じると、排気ガスが改質用気筒１１ｄ内および吸気通路２２に逆流することとなる。従って、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内であるこのオーバーラップ期間内には、この改質用気筒１１ｄ内に燃料噴射弁５１ｄにより燃料を供給しないことが好ましく、これにより、改質用気筒１１ｄ内に供給された燃料が排気ガスとともに吸気経路２０に流入することを抑制することができる。
【００４３】
また、この排気時燃料噴射は、改質用気筒１１ｄの排気行程の開始直後を除いたその他の期間内に行われることが好ましい。排気行程開始直後は、前の行程である膨張行程で燃料、膨張する燃料ガスにより、改質用気筒１１ｄ内の温度が高い。また、この膨張行程で改質用気筒１１ｄ内の酸素は燃料にほとんど用いられるため、酸素がほぼ存在しない。従って、この排気行程開始直後に燃料噴射弁５１ｄから改質用気筒１１ｄ内に燃料を供給しても、燃焼せずに、蒸し焼きとなる。この蒸し焼きの燃料が排気ガスとともに排気枝管３３ｂに排気され、この蒸し焼きの燃料を含む排気ガスの一部がターボチャージャ６０および図示しない浄化装置を介して外部に排気されると、スモークとなる虞がある。従って、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内である排気行程開始直後には、この改質用気筒１１ｄ内に燃料噴射弁５１ｄにより燃料を供給しないことが好ましく、これにより、この改質用気筒１１ｄ内に供給された燃料が蒸し焼きになることを抑制でき、燃料改質器３１に導入されない排気ガスが外部に排気されることによるスモークの発生を抑制することができる。
【００４４】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、上記算出された排気時燃料噴射量、噴射タイミングに基づいて、燃料噴射弁５１ｄにより改質用気筒１１ｄに対して排気時燃料噴射を実行する（ステップＳＴ６）。これにより、改質用気筒１１ｄ内の排気ガスに未燃焼の燃料が添加されるので、改質用気筒１１ｄから排気される排気ガスにおける排気空燃比を他の気筒１１ａ〜ｃと比較してリッチ化することができる。この未燃料の燃料が添加された排気ガスは、排気枝管３３ｂに排気され、一部が排気ガス導入通路３５を介して燃料改質器３１に導入される。なお、内燃機関１の運転状態が高負荷状態ではなく、改質用気筒１１ｄから排気ガスの温度があまり上昇しないため高くならない場合は、上記ステップＳＴ５およびステップＳＴ６を行わず、すなわち燃料噴射弁５１ｄにより改質用気筒１１ｄ内にこの改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内に燃料を供給しなくても良い。この場合は、算出された燃料添加量の燃料は、燃料添加装置５５のみにより燃料改質器３１に導入する排気ガスに添加される。
【００４５】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、燃料添加装置５５により燃料添加を実行する（ステップＳＴ７）。つまり、燃料添加装置５５は、上記算出された燃料添加量よりも排気時燃料噴射量が少ないにおいては、その差分を燃料改質器３１に導入する排気ガスに添加する。
【００４６】
以上のように、燃料改質器３１は、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内に燃料噴射弁５５ｄからこの改質用気筒１１ｄ内に供給され排気ガスに添加された燃料および燃料添加装置５５により排気ガスに添加された燃料を改質する。従って、改質燃料導入通路３６を介して吸気経路２０から各気筒１１ａ〜ｄに改質された燃料を含む改質ガスを導入することができる。また、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間内にこの改質用気筒１１ｄ内に供給された燃料は、排気ガス中で気化する。燃料が気化する際には、気化潜熱により改質容器筒１１ｄ内の排気ガスの熱を奪うため、この排気ガスの温度を低下することができ、この改質用気筒１１ｄから排気される排気ガスの温度が低下する。これにより、燃料改質器３１に導入される改質用気筒１１ｄから排気された一部の排気ガスの温度を低下することができる。さらに、燃料改質機３１に導入する排気ガスは、排気ガス導入通路３５が連通している排気枝管３３ｂのみから導入するため、排気行程の期間内に気筒内に直接燃料を供給するのは、改質用気筒１１ｄのみで良い。従って、他の気筒１１ａ〜ｃの排気行程の期間内に当該気筒１１ａ〜ｃ内に直接燃料を供給する必要がなく、燃料改質器３１において使用されない未燃料の燃料が排気経路３０に排気されることを抑制することができる。      
【００４７】
なお、上記実施例では、燃料噴射量を増量する際には、各気筒の圧縮行程の期間内における燃料の供給、すなわち図３のＡ点を噴射開始時期とする圧縮時燃料噴射を行うが、これに限定されるものではない。例えば、圧縮時燃料噴射を吸気時燃料噴射の噴射終了時期が噴射開始時期なるように行っても良い。なお、排気時燃料噴射を行う際で、燃料噴射量を増量する際においては、改質用気筒１１ｄに対する吸気時増量燃料噴射あるいは圧縮時燃料噴射を行わなくても良い。
【００４８】
また、上記実施例では、内燃機関の運転状態に応じて、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間中にこの改質用気筒１１ｄ内に燃料を供給するが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料改質通路３１ｂに、改質触媒３１ｃの温度を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力する改質器温度検出手段である改質触媒温度センサを設ける。そして、この改質触媒温度センサから出力された温度に基づいて、改質用気筒１１ｄの排気行程の期間中にこの改質用気筒１１ｄ内に燃料を供給しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、この発明にかかる内燃機関は、排気ガスに添加された燃料を改質する燃料改質器を備える内燃機関に有用であり、特に、耐久性の向上を図るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明にかかる内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】この発明にかかる内燃機関の制御装置の動作フローを示す図である。
【図３】改質用気筒の行程を示す図である。
【図４】改質器用気筒における吸排気圧とクランク角度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  内燃機関
１０  内燃機関本体
１１ａ〜ｃ  気筒
１１ｄ  改質用気筒
２０  吸気経路
２３  エアフロメータ
２４  スロットルバルブ
３０  排気経路
３１  燃料改質器
３１ａ  中空部
３１ｂ  燃料改質通路
３１ｃ  改質触媒
３２  排気通路
３３  第１排気集合管
３４  第２排気集合管
３５  排気ガス導入通路
３６  改質燃料導入通路
３７  改質燃料冷却装置
３８  流量調整弁
３９  Ｏ２センサ
４０  ＥＣＵ
５１ａ〜ｄ  燃料噴射弁（燃料供給手段）
５５  燃料添加装置（燃料添加手段）
６０  ターボチャージャ（過給機）
６１  タービン
６２  コンプレッサ
６３  回転軸
６４  インタークーラー
【図１】
2006105048.tif 000003
【図２】
2006105048.tif 000004
【図３】
2006105048.tif 000005
【図４】
2006105048.tif 000006