(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料改質器内の改質触媒上での化学反応によって燃料の少なくとも一部を水素に改質し、その水素を含んだガスを吸入空気に混合して内燃機関において燃焼することで前記内燃機関の熱効率を向上させるときに、前記燃料の種類を診断し、
前記燃料の種類に依存する前記水素の生成量を予測することで前記ガスの水素濃度を推定し、
前記ガスの水素濃度に基づいて、前記燃料改質器内への燃料噴射量を補正することを特徴とする燃料改質方法。
【請求項２】
前記改質触媒の上流側及び下流側のそれぞれの状態変化を空燃比センサ又は温度センサで検知し、
前記改質触媒の上流側及び下流側のそれぞれの状態変化に基づいて、前記ガスの水素濃度を推定する請求項１に記載の燃料改質方法。
【請求項３】
前記内燃機関の回転数、体積効率、及びＥＧＲ率のうち少なくとも一つに基づいて、前記燃料改質器の代表温度を推定し、
バルブタイミング設定、空燃比、外気温、水温、及び始動後経過時間のうち少なくとも一つに基づいて、前記燃料改質器の代表温度を補正し、
前記燃料改質器内への燃料噴射量に基づいて、前記ガスの燃料濃度を推定し、
前記燃料改質器の代表温度と前記ガスの燃料濃度とに基づいて、化学平衡計算に基づく水素濃度を算出する請求項１に記載の燃料改質方法。
【請求項４】
前記ガスの水素濃度に基づいて、全燃料発熱量中の水素の発熱量の割合を示す水素発熱量割合を算出し、
前記水素発熱量割合とＥＧＲ率に基づいて、前記内燃機関の点火時期を補正する請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料改質方法。
【請求項５】
前記内燃機関の燃焼状態についてノックセンサによるノッキング演算結果又は筒内圧センサによる燃焼解析結果を診断した結果に基づいて、前記内燃機関の点火時期の補正値を学習補正する請求項４に記載の燃料改質方法。
【請求項６】
燃料改質器内の改質触媒上での化学反応によって燃料の少なくとも一部を水素に改質し、その水素を含んだガスを吸入空気に混合して内燃機関において燃焼することで前記内燃機関の熱効率を向上させるときに、前記燃料の種類を診断する機能部と、
前記燃料の種類に依存する前記水素の生成量を予測することで前記ガスの水素濃度を推定する機能部と、
前記ガスの水素濃度に基づいて、前記燃料改質器内への燃料噴射量を補正する機能部と、
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質触媒により燃料と空気との混合気を改質する燃料改質方法及び燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、内燃機関の燃料改質に関する技術分野において、燃料改質後の改質ガスの水素濃度を検出する技術がある。例えば、特許文献１に開示されている燃料改質装置は、改質燃料を含む排気ガスと接触することにより、水素を含む改質ガスを生成する。ここで、触媒の上流側と下流側とにそれぞれＡ／Ｆセンサを設ける。上流側のＡ／Ｆセンサは、酸素濃度に応じた上流側センサ信号を出力する。下流側のＡ／Ｆセンサは、ジルコニアの酸素検出能と、拡散層による水素濃度に応じた酸素検出能の変化とを利用して、酸素濃度及び水素濃度に応じた下流側センサ信号を出力する。ＥＣＵは、酸素濃度のみが反映された上流側センサ信号と、酸素濃度及び水素濃度が反映された下流側センサ信号とを用いて、酸素濃度の影響を受けずに水素濃度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、燃料の種類に依存する水素の生成量を考慮に入れていないため、例えば水素の生成量の多いエタノール含有燃料では、過剰な燃料供給による運転性の悪化や燃費悪化を生じるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、燃料の種類に応じて燃料噴射量を補正する燃料改質方法及び燃料改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る燃料改質方法及び燃料改質装置では、上記の課題を解決するために、燃料改質器内の改質触媒上での化学反応によって燃料の少なくとも一部を水素に改質し、その水素を含んだガスを吸入空気に混合して内燃機関において燃焼することで内燃機関の熱効率を向上させるときに、燃料の種類を診断し、燃料の種類に依存する水素の生成量を予測することでガスの水素濃度を推定し、ガスの水素濃度に基づいて、燃料改質器内への燃料噴射量を補正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、燃料の種類を診断し、燃料の種類に依存する水素の生成量を予測することでガスの水素濃度を推定し、燃料改質器内への燃料噴射量を補正することで、燃料の種類に応じて燃料噴射量を補正することができるため、水素の生成量の適正化による運転性の向上や、燃料改質器内への燃料噴射量の削減による燃費性能の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の構成例を示す図である。
【図２】水素濃度を推定するシステムの概念図である。
【図３】改質触媒の前後のＡ／Ｆ（空燃比）センサを使用した水素濃度の推定原理の概念図である。
【図４】改質触媒の前後の温度センサを使用した水素濃度の推定原理の概念図である。
【図５】内燃機関の運転条件に基づく水素濃度の推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】内燃機関の点火時期の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】燃料改質器の出口側の水素濃度を直接測定した結果に基づいて水素濃度推定値を学習制御する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成部品については以下の説明を参酌して判断すべきものである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下の詳細な説明では、本発明の一実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１０】
＜実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係る燃料改質装置について説明する。
（燃料改質装置）
本発明の一実施形態に係る燃料改質装置は、図１に示すような排気還流システムを制御する。この排気還流システムにおいて、例えば４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関からなる内燃機関１（エンジン）の上流側には、吸気ガスを通過させるための吸気通路２が配置されている。
【００１１】
吸気通路２は、吸気口であるエアインテーク（図示省略）を介して外部へ開放され、このエアインテークから吸気ガスとして外部の空気を取り入れる。このエアインテークの周辺又は下流側には、吸気ガスの流入量を測定するエアフロメータ３が配置されている。エアフロメータ３の下流側には、吸気ガスの流入量を制御する電子制御式のスロットルバルブを内蔵したスロットルチャンバー４が配置されている。スロットルチャンバー４の下流側には、吸気ガスの圧力を大気圧以上に高める過給機５が配置されている。過給機５の下流側には、吸気ガスの水素（Ｈ２）の濃度を測定するための吸気側水素センサ６が配置されている。吸気側水素センサ６の下流側には、内燃機関１が配置されている。
【００１２】
ここで、内燃機関１は、例えば直噴型の構成であり、燃料タンク７から供給される燃料（ガソリン）を気筒内に噴射する電子制御式の燃料噴射装置１ａを気筒毎に備えている。吸気通路２は、内燃機関１との連結部分において、内燃機関１の各気筒への吸気配分を均一にするための吸気マニホールドとして内燃機関１の気筒毎に分岐している。燃料噴射装置１ａの燃料噴射量は、吸気側水素センサ６等の検出信号に基づき、フィードバック制御されている。また、内燃機関１には、クランクケース内の圧力を測定するための筒内圧センサ１ｂと、クランクケース内の圧力を逃がすための通気口となるＰＣＶバルブ（図示省略）とが配置されている。
【００１３】
また、内燃機関１の下流側には、排気ガスを通過させるための排気通路８が配置されている。排気通路８は、内燃機関１の下流側において、排気マニホールドとして内燃機関１の排気ガスの複数の流路を１つにまとめる（図示省略）。この排気通路８には、排気ガスの空燃比がどのくらい濃いか薄いか（リッチ／リーン）を測定するための排気側Ａ／Ｆ（空燃比）センサ９が配置されている。排気側Ａ／Ｆセンサ９の下流側には、マニ触媒や床下触媒等の排気触媒１０（排気浄化装置）が配置されている。排気触媒１０の下流側には、排気ガスの酸素（Ｏ２）の濃度を測定するための排気側酸素センサ１１が配置されている。排気側酸素センサ１１の下流側には、排気消音器（図示省略）が配置されている。この排気消音器を介して排気通路８は外部へ開放され、排気通路８を通過してきた排気ガスは外部へ放出される。
【００１４】
また、この排気還流システムでは、吸気通路２と排気通路８とを連結する循環通路１２が配置されている。この循環通路１２は、排気側Ａ／Ｆセンサ９の下流かつ排気触媒１０の上流において排気通路８から分岐し、過給機５の上流側において吸気通路２と合流し、排気通路８から吸気通路２へ排気ガスの一部をＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）ガスとして通過させる。この循環通路１２には、ＥＧＲガスの温度を測定するためのＥＧＲ用改質前温度センサ１３が配置されている。ＥＧＲ用改質前温度センサ１３の下流側には、燃料タンク７から供給される燃料を循環通路１２内に噴射する電子制御式の改質用燃料噴射装置１４が配置されている。改質用燃料噴射装置１４の下流側には、循環通路１２内に注入された燃料を蒸発させて燃料蒸発ガスにする燃料蒸発器１５が配置されている。燃料蒸発器１５の下流側には、改質触媒により燃料蒸発ガスと空気との混合気を改質する燃料改質器１６が配置されている。
【００１５】
例えば、燃料改質器１６は、改質触媒（白金触媒等）を用いて、所定の温度で燃料蒸発ガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）とを反応させて濃度の高い水素（Ｈ２）ガスを生成する（水蒸気改質）。なお、燃料改質に伴い一酸化炭素（ＣＯ）が発生するが、水素（Ｈ２）ガス中に一酸化炭素（ＣＯ）があると改質触媒の性能を下げるため、一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を低減させる必要がある。そのため、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）を更に反応させて、水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）にする（シフト反応）。そして、残りの一酸化炭素（ＣＯ）を改質触媒表面へ吸着させて無害化する。これにより、ＥＧＲガスに水素（Ｈ２）が混合する。
【００１６】
ここでは、燃料改質器１６は、燃料改質器１６内の温度を調整する温度調整装置１６ａと、燃料改質器１６内の温度を測定するための改質温度センサ１６ｂとを有する。
【００１７】
燃料改質器１６の下流側には、ＥＧＲガスの温度を測定するための新たなＥＧＲ用改質後温度センサ１７が配置されている。ＥＧＲ用改質後温度センサ１７の下流側には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１８が配置されている。このＥＧＲクーラー１８の下流側には、ＥＧＲガスの空燃比がどのくらい濃いか薄いかを測定するためのＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ１９が配置されている。なお、ＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ１９の代わりに、ＥＧＲガスの酸素（Ｏ２）濃度を測定するためのＥＧＲ用酸素センサが配置されていても良い。
【００１８】
ＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ１９の下流側には、排気側から吸気側へのＥＧＲガスの流入量を調節するＥＧＲバルブ２０が配置されている。このＥＧＲバルブ２０の下流側において、循環通路１２は吸気通路２と合流する。これにより、吸気通路２を通過する吸気ガスは、循環通路１２を通過してきたＥＧＲガスと混合する。
【００１９】
また、この排気還流システムでは、電子制御装置２１（ＥＣＵ）が配置されている。電子制御装置２１は、筒内圧センサ１ｂ、エアフロメータ３、吸気側水素センサ６、排気側Ａ／Ｆセンサ９、排気側酸素センサ１１、ＥＧＲ用改質前温度センサ１３、改質温度センサ１６ｂ、ＥＧＲ用改質後温度センサ１７、及びＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ１９の出力（Ａ／Ｆ値）をセンシングにより求める。また、電子制御装置２１は、センサ類の出力及びそれに基づく演算結果に従って、燃料噴射装置１ａ、スロットルチャンバー４、改質用燃料噴射装置１４、燃料改質器１６、及びＥＧＲバルブ２０を制御する。詳細については後述する。
【００２０】
（燃料種に応じた燃料噴射量の補正）
燃料改質器１６は、ＥＧＲガス（外部ＥＧＲ）の流路となる循環通路１２上に設置される。燃料改質器１６は、改質用燃料噴射装置１４（以下、インジェクタと表記する。）から燃料改質用の改質触媒に燃料が供給（噴射）されたときに、改質触媒上での化学反応によって燃料の少なくとも一部を水素に改質し、その水素を含んだ改質ガスを吸入空気に混合し、燃焼することで内燃機関１の熱効率を向上させる。
【００２１】
ここでの燃料は、その構造上、燃料の種類（以下、燃料種と表記する。）に依存して水素（Ｈ２）の生成量が異なる。すなわち、燃料種に依存して水素（Ｈ２）の生成量が変化するので、本実施形態では、燃料種に応じてインジェクタの燃料噴射量を変化させる。
【００２２】
このとき、電子制御装置２１は、燃料種に応じてインジェクタの燃料噴射量を補正する機能を有する。具体的には、電子制御装置２１は、少なくとも、燃料種を診断する機能と、診断結果に基づいて燃料種に依存する水素（Ｈ２）の生成量を予測する機能と、予測結果に基づいてインジェクタの燃料噴射量を補正する機能とを有する。
【００２３】
電子制御装置２１は、燃料種を診断する機能により、燃料のエタノール濃度、燃料のオクタン価、及び燃料の炭化水素構造の成分割合比のうち少なくとも１つを診断可能である。この炭化水素構造の成分割合比は、芳香族系炭化水素の割合である。
【００２４】
また、電子制御装置２１は、燃料種に依存する水素（Ｈ２）の生成量を予測する機能により、例えばエタノール濃度が高いと判断した場合には水素（Ｈ２）濃度が高くなることを予測する。すなわち、電子制御装置２１は、エタノール濃度が高い燃料（例えばエタノール燃料）を、水素（Ｈ２）濃度が高くなる燃料種と検出（推定）する。ここで、電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）の生成量に基づいて、水素（Ｈ２）濃度を推定することも可能である。
【００２５】
また、電子制御装置２１は、インジェクタの燃料噴射量を補正する機能により、水素（Ｈ２）濃度が高くなる燃料種と検出（推定）した場合には、インジェクタの燃料噴射量を減少させる補正を加える。反対に、水素（Ｈ２）濃度が低くなる燃料種と検出（推定）した場合には、インジェクタの燃料噴射量を増加させる補正を加える。すなわち、電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）濃度に基づいて、インジェクタの燃料噴射量を補正する。
【００２６】
ここで、燃料改質によって生成される水素（Ｈ２）は燃料種に依存するので、電子制御装置２１は、基準燃料噴射量（例えばガソリン燃料の噴射量）に燃料種ごとの係数を乗じて、燃料種ごとの燃料噴射量を算出しても良い。例えば、電子制御装置２１は、エタノール燃料の噴射量を算出する場合、基準燃料噴射量にエタノール燃料の係数を乗じて算出する。
【００２７】
また、電子制御装置２１は、インジェクタの燃料噴射量を補正する機能により、インジェクタの燃料噴射量を減少させる補正を実施すると同時に、一定期間かつ一定量、点火時期をリタード（遅く）しても良い。若しくは、インジェクタの燃料噴射量を増加させる補正を実施すると同時に、一定期間かつ一定量、点火時期を進角しても良い。
【００２８】
これにより、水素（Ｈ２）の生成量の適正化による運転性の向上が期待できる。また、インジェクタの燃料噴射量の削減による燃費性能の向上が期待できる。また、燃料種のみに基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定するため、インジェクタの燃料噴射量のフィードフォワード制御が可能となる。
【００２９】
（水素濃度の推定）
特許文献１のような既存の技術では、高応答に水素（Ｈ２）濃度を計測するために、改質触媒の前のＡ／Ｆセンサの出力に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定している。しかし、改質触媒の前後それぞれのＡ／Ｆセンサの出力をセンシングするシステムのため、改質燃料の影響を考慮するためには、システム全体としてＡ／Ｆセンサが少なくとも３個必要になり、システムコストが高くなってしまうという問題があった。
【００３０】
また、現状のシステムには、水素（Ｈ２）を含む改質ガスがセンサ位置から燃焼室に移動するまでの間に、水素（Ｈ２）濃度を直接かつ高応答に測定できるセンサはない。
【００３１】
そこで、本実施形態では、図２に示すように、改質触媒の前後での状態変化を検知するため、改質触媒の前後で値が変化する既設のセンサの差分を用いることで、水素（Ｈ２）濃度を推定する。なお、改質触媒の前とは、改質触媒の上流側という意味であり、燃料改質器１６の入口側である。改質触媒の後とは、改質触媒の下流側という意味であり、燃料改質器１６の出口側である。ここでは、改質触媒の前後で値が変化する既設のセンサとして、水素（Ｈ２）により出力値が相対的に変化するセンサを使用する。
【００３２】
（Ａ／Ｆセンサの使用）
例えば、水素（Ｈ２）により出力値が相対的に変化するセンサの１つとして、Ａ／Ｆセンサを使用することが可能である。改質触媒の前のＡ／Ｆセンサについては、排気側Ａ／Ｆセンサ９を使用する。改質触媒の後のＡ／Ｆセンサについては、ＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ１９を使用する。この場合、図３に示すように、電子制御装置２１は、改質触媒の前のＡ／Ｆ値とインジェクタの燃料噴射量とに基づいて、改質触媒の前（入口側）のＡ／Ｆ値を推定する。また、電子制御装置２１は、改質触媒の後のＡ／Ｆ値とこの推定値との変化量に基づいて、水素（Ｈ２）濃度を推定する。
【００３３】
なお、水素（Ｈ２）は酸素（Ｏ２）よりも分子量が小さいため、拡散速度が速く、センサ素子に到達する量が多い。そのため、水素（Ｈ２）によりＡ／Ｆ値がドリフトする可能性もある。電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）雰囲気化では、ＥＧＲガスの酸素（Ｏ２）濃度は実際よりもリッチ側で検出されるという特徴を利用し、センサのドリフト量に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定することができる。
【００３４】
また、電子制御装置２１は、排気側Ａ／Ｆセンサ９の出力とインジェクタの燃料噴射量とに基づいて、インジェクタと改質触媒との間のＡ／Ｆ値を推定することができる。これにより、新規センサの追加なしに、改質触媒の前のＡ／Ｆ値が判明し、改質触媒の前後でのＡ／Ｆ値の差に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定することが可能となる。また、このように推定した水素（Ｈ２）濃度を用いることで、インジェクタの燃料噴射量のフィードバック制御が可能となる。
【００３５】
（温度センサの使用）
若しくは、水素（Ｈ２）により出力値が相対的に変化するセンサの１つとして、温度センサを使用することも可能である。改質触媒の前の温度センサについては、ＥＧＲ用改質前温度センサ１３を使用する。改質触媒の後の温度センサについては、ＥＧＲ用改質後温度センサ１７を使用する。この場合、図４に示すように、電子制御装置２１は、改質触媒の前後に設置された温度センサの変化量（例えば単位時間当たりの変化量）に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定する。
【００３６】
なお、改質触媒の前に設置された温度センサは、図２に示すように、改質触媒とインジェクタとの間に設置されていると、より好ましい。すなわち、ＥＧＲ用改質前温度センサ１３は、改質用燃料噴射装置１４と燃料改質器１６との間に設置されていても良い。このように、改質触媒の前の温度センサを、改質触媒とインジェクタの間に設置することで、改質燃料の気化熱の影響を排除することが可能となり、より高精度に水素（Ｈ２）濃度を推定することが可能となる。
【００３７】
改質反応は吸熱反応であり、改質反応により反応前後でガスの温度が変化するため、改質触媒の前後におけるガス温度の低下は水素（Ｈ２）濃度と強い相関がある。したがって、新規センサの追加なしに、この温度変化に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定することが可能となる。また、このように推定した水素（Ｈ２）濃度を用いることで、インジェクタの燃料噴射量のフィードバック制御が可能となる。
【００３８】
（センサの不使用）
また、電子制御装置２１は、内燃機関１の運転条件に基づいて、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を推定することも可能である。内燃機関１の運転条件としては、例えば内燃機関１の回転数、体積効率（ηｖ）、ＥＧＲ率、バルブタイミング設定、空燃比（Ａ／Ｆ）、外気温、水温、始動後経過時間、インジェクタの燃料噴射量等がある。
【００３９】
例えば、電子制御装置２１は、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を内燃機関１の運転条件に基づいて推定する場合、燃料改質器１６の代表温度と改質ガスの燃料濃度（Ｓ／Ｃ）とに基づいて、化学平衡計算に基づく水素（Ｈ２）濃度を算出する。ここで、電子制御装置２１は、内燃機関１の回転数、体積効率（ηｖ）、及びＥＧＲ率のうち少なくとも一つに基づいて、燃料改質器１６の代表温度を推定することが可能である。また、電子制御装置２１は、バルブタイミング設定、空燃比（Ａ／Ｆ）、外気温、水温、及び始動後経過時間のうち少なくとも一つに基づいて、燃料改質器１６の代表温度を補正することが可能である。更に、電子制御装置２１は、インジェクタの燃料噴射量、及びＥＧＲガス量のうち少なくとも一つに基づいて、燃料濃度（Ｓ／Ｃ）を推定することが可能である。
【００４０】
図５を参照して、内燃機関１の運転条件に基づく水素（Ｈ２）濃度の推定処理の流れの一例について説明する。
まず、電子制御装置２１は、ＥＧＲガス流量と燃料ガス（Ｑｒｅｆ）流量とに基づいて、改質ガスの燃料濃度（Ｓ／Ｃ）の計算を行う（ステップＡ１）。
次に、電子制御装置２１は、内燃機関１の運転条件と排気系熱計算の結果とに基づいて、燃料改質器１６の代表温度（改質反応温度）を推定する（ステップＡ２）。
次に、電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）濃度マップを参照し、燃料改質器１６の代表温度と改質ガスの燃料濃度（Ｓ／Ｃ）とに基づいて、化学平衡計算に基づく水素（Ｈ２）濃度を算出する（ステップＡ３）。
そして、電子制御装置２１は、化学平衡計算に基づく水素（Ｈ２）濃度に各種補正係数（油水温補正係数、吸気温補正係数、触媒劣化補正係数等）を乗じて、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を推定する（ステップＡ４）。
【００４１】
これにより、高応答な制御の実現による燃焼の安定性の確保や燃費低減が期待できる。また、センサを用いずに水素（Ｈ２）濃度を検出可能なため、応答遅れを無視した制御を実現できる。また、このように推定した水素（Ｈ２）濃度を用いることで、インジェクタの燃料噴射量のフィードフォワード制御及びフィードバック制御が可能となる。
【００４２】
（点火時期の制御）
更に、電子制御装置２１は、推定した水素（Ｈ２）濃度に基づいて、内燃機関１の点火時期を補正する。例えば、電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）濃度とＥＧＲ率とに基づいて点火時期を補正する。水素（Ｈ２）濃度とＥＧＲ率とによって、トルクが最大となる点火時期（ＭＢＴ）は変化する。したがって、水素（Ｈ２）濃度とＥＧＲ率とに基づいて点火時期を補正することで、最良燃費を実現可能である。
【００４３】
具体的には、電子制御装置２１は、水素発熱量割合（全燃料発熱量中の水素の発熱量の割合）とＥＧＲ率に基づいて、点火時期を補正する。このとき、電子制御装置２１は、改質ガスの水素（Ｈ２）濃度に基づいて水素発熱量割合を算出する。また、水素発熱量割合とＥＧＲ率とに基づく点火時期の補正値の算出式には、内燃機関１の回転数と負荷との組合せごとに異なる係数を使用する。また、電子制御装置２１は、内燃機関１の燃焼状態を診断した結果に基づいて、点火時期の補正値を学習補正しても良い。ここで、燃焼状態は、ノックセンサによるノッキング演算結果、又は筒内圧センサによる燃焼解析結果である。
【００４４】
図６を参照して、内燃機関１の点火時期の制御処理の流れの一例について説明する。
まず、電子制御装置２１は、基本点火時期（ＡｄｖＢ）の演算を行う（ステップＢ１）。
次に、電子制御装置２１は、水素添加補正値（ＡｄｖＨ）の演算を行う（ステップＢ２）。
そして、電子制御装置２１は、点火信号（Ａｄｖ＝ＡｄｖＢ＋ＡｄｖＨ）の演算を行う（ステップＢ３）。
【００４５】
ここで、水素添加補正値（ＡｄｖＨ）の演算処理（ステップＢ２）の詳細について説明する。
電子制御装置２１は、エンジン回転数（Ｎｅ）を求める（ステップＢ２１）。
次に、電子制御装置２１は、エンジントルク（Ｔ）を求める（ステップＢ２２）。
次に、電子制御装置２１は、エンジン回転数（Ｎｅ）とエンジントルク（Ｔ）とに基づいて、第１の補正係数マップから第１の補正係数（ａ）を求める（ステップＢ２３）。
また、電子制御装置２１は、エンジン回転数（Ｎｅ）とエンジントルク（Ｔ）とに基づいて、第２の補正係数マップから第２の補正係数（ｂ）を求める（ステップＢ２４）。
次に、電子制御装置２１は、ＥＧＲ率（ＥＧＲ）を求める（ステップＢ２５）。
次に、電子制御装置２１は、水素添加率（Ｈ２ＨＶ＝水素添加エネルギー／総エネルギー）の演算を行う（ステップＢ２６）。
そして、電子制御装置２１は、第１の補正係数（ａ）、第２の補正係数（ｂ）、ＥＧＲ率（ＥＧＲ）及び水素添加率（Ｈ２ＨＶ）に基づいて、水素添加補正値（ＡｄｖＨ＝（ａ×ＥＧＲ＋ｂ）×Ｈ２ＨＶ）の演算を行う（ステップＢ２７）。
【００４６】
このように、水素濃度とＥＧＲ率とに基づいて、最良燃費点に内燃機関１の点火時期を設定することで、燃費を低減することができる。
【００４７】
（変形例）
上記の説明では、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を直接測定していないが、実際には、電子制御装置２１は、燃料改質器１６の出口側に設けられた水素センサにより、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を直接測定し、その測定結果に基づいて水素濃度推定値を学習制御することも可能である。例えば、ＥＧＲ用改質後温度センサ１７の近傍、又はＥＧＲ用改質後温度センサ１７の代わりに、ＥＧＲガスの水素（Ｈ２）の濃度を測定するためのＥＧＲ用水素センサを配置する。
【００４８】
電子制御装置２１は、このＥＧＲ用水素センサにより、燃料改質器１６の出口側の水素（Ｈ２）濃度を検出し、水素（Ｈ２）濃度の検出結果と推定値との比較結果に基づいて、水素濃度推定値を学習補正する。また、電子制御装置２１は、水素（Ｈ２）濃度の検出結果と推定値との比較結果が所定の閾値を超えた場合に、燃料改質器１６の故障と診断する。
【００４９】
更に、電子制御装置２１は、内燃機関１の燃焼状態を診断し、燃焼状態が目標の水素添加率での燃焼状態と異なると診断した場合に、上記の推定値の学習補正及び故障診断の制御を実施する。また、電子制御装置２１は、運転時間を積算し、時間積算値が所定の閾値を超えたときに、上記の推定値の学習補正及び故障診断の制御を実施する。
【００５０】
図７を参照して、上記の変形例における処理の流れについて説明する。
まず、電子制御装置２１は、水素濃度推定値（Ｈ２Ｅ）の演算を行う（ステップＣ１）。
次に、電子制御装置２１は、診断モードであるか否か判定する（ステップＣ２）。
電子制御装置２１は、診断モードであると判定した場合（ステップＣ２でＹｅｓ）には、ＥＧＲ用水素センサからの出力により、水素センサ信号（Ｈ２Ｓ）を検出する（ステップＣ３）。
次に、電子制御装置２１は、水素濃度推定値（Ｈ２Ｅ）を水素センサ信号（Ｈ２Ｓ）で除算した値が閾値（Ｘ）より大きいか（Ｈ２Ｅ／Ｈ２Ｓ＞Ｘ）否かを判定する（ステップＣ４）。
電子制御装置２１は、水素濃度推定値（Ｈ２Ｅ）を水素センサ信号（Ｈ２Ｓ）で除算した値が閾値（Ｘ）より大きい（Ｈ２Ｅ／Ｈ２Ｓ＞Ｘ）と判定した場合（ステップＣ４でＹｅｓ）には、水素濃度学習補正値の演算を行い（ステップＣ５）、次回以降の水素濃度推定値（Ｈ２Ｅ）の演算に反映する（ステップＣ１に戻る）。
また、電子制御装置２１は、診断モードではないと判定した場合（ステップＣ２でＮｏ）、若しくは水素濃度推定値（Ｈ２Ｅ）を水素センサ信号（Ｈ２Ｓ）で除算した値が閾値（Ｘ）以下である（Ｈ２Ｅ／Ｈ２Ｓ≦Ｘ）と判定した場合（ステップＣ４でＮｏ）には、燃料改質器１６から内燃機関１の気筒までの間の輸送遅れを補正する（ステップＣ６）。
そして、電子制御装置２１は、点火時期補正値の演算を行う（ステップＣ７）。
【００５１】
このように、水素センサの測定結果を用いて、水素濃度推定値を学習制御することで、改質触媒やインジェクタ等の経時劣化による推定誤差を抑制することが可能である。また、燃料改質器１６の故障による水素生成不具合を検知できる。したがって、システムの信頼性向上が期待できる。
【００５２】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）本実施形態に係る燃料改質方法では、燃料改質器内の改質触媒上での化学反応によって燃料の少なくとも一部を水素に改質し、その水素を含んだガスを吸入空気に混合して内燃機関において燃焼することで内燃機関の熱効率を向上させるときに、燃料の種類を診断し、燃料の種類に依存する水素の生成量を予測することでガスの水素濃度を推定し、ガスの水素濃度に基づいて、燃料改質器内への燃料噴射量を補正する。
このように、燃料の種類を診断し、燃料の種類に依存する水素の生成量を予測することでガスの水素濃度を推定し、インジェクタの燃料噴射量を補正することで、燃料の種類に応じて燃料噴射量を補正することができるため、水素の生成量の適正化による運転性や、インジェクタの燃料噴射量の削減による燃費性能の向上が期待できる。
【００５３】
（２）本実施形態に係る燃料改質方法では、改質触媒の上流側及び下流側のそれぞれの状態変化を空燃比センサ又は温度センサで検知し、改質触媒の上流側及び下流側のそれぞれの状態変化に基づいて、ガスの水素濃度を推定する。
空燃比センサで検知する場合、新規センサの追加なしに、改質触媒の前の空燃比が判明し、改質触媒の上流側と下流側との空燃比の差に基づいて水素濃度を推定することが可能となる。
また、温度センサで検知する場合、改質反応は吸熱反応であり、改質反応により反応前後でガスの温度が変化する。ここで、改質触媒の上流側と下流側との間でのガス温度の低下は水素（Ｈ２）濃度と強い相関があるため、新規センサの追加なしに、この温度変化に基づいて水素（Ｈ２）濃度を推定することが可能となる。
【００５４】
（３）本実施形態に係る燃料改質方法では、内燃機関の回転数、体積効率、及びＥＧＲ率のうち少なくとも一つに基づいて、燃料改質器の代表温度を推定し、バルブタイミング設定、空燃比、外気温、水温、及び始動後経過時間のうち少なくとも一つに基づいて、燃料改質器の代表温度を補正し、燃料改質器内への燃料噴射量及びＥＧＲガス量のうち少なくとも一つに基づいて、ガスの燃料濃度を推定し、燃料改質器の代表温度とガスの燃料濃度とに基づいて、化学平衡計算に基づく水素濃度を算出する。
これにより、高応答な制御の実現による燃焼の安定性の確保や燃費低減が期待できる。また、センサを用いずに水素（Ｈ２）濃度を検出可能なため、応答遅れを無視した制御を実現できる。
【００５５】
（４）本実施形態に係る燃料改質方法では、ガスの水素濃度に基づいて、全燃料発熱量中の水素の発熱量の割合を示す水素発熱量割合を算出し、水素発熱量割合とＥＧＲ率に基づいて、内燃機関の点火時期を補正する。
このように、水素濃度とＥＧＲ率によって点火時期を補正することで、最良燃費を実現可能である。
【００５６】
（５）本実施形態に係る燃料改質方法では、内燃機関の燃焼状態についてノックセンサによるノッキング演算結果又は筒内圧センサによる燃焼解析結果を診断した結果に基づいて、内燃機関の点火時期の補正値を学習補正する。
このように、水素濃度とＥＧＲ率とに基づいて、最良燃費点に内燃機関の点火時期を設定することで、燃費を低減することができる。
【００５７】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１  内燃機関
１ａ  燃料噴射装置
１ｂ  筒内圧センサ
２  吸気通路
３  エアフロメータ
４  スロットルチャンバー
５  過給機
６  吸気側水素センサ
７  燃料タンク
８  排気通路
９  排気側Ａ／Ｆセンサ
１０  排気触媒
１１  排気側酸素センサ
１２  循環通路
１３  ＥＧＲ用改質前温度センサ
１４  改質用燃料噴射装置（インジェクタ）
１５  燃料蒸発器
１６  燃料改質器
１６ａ  温度調整装置
１６ｂ  改質温度センサ
１７  ＥＧＲ用改質後温度センサ
１８  ＥＧＲクーラー
１９  ＥＧＲ用Ａ／Ｆセンサ
２０  ＥＧＲバルブ
２１  電子制御装置
【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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