(57)【要約】【課題】エンジンの排気熱を利用して燃料を改質する改質器の早期活性化を可能とし、改質エンジンの効率を向上させることを目的とする。【解決手段】排気通路１０の改質器２０の暖機時に、不完全燃焼ガス流出制御装置１９で点火時期、排気バルブ開弁時期等を変更制御して生成した不完全燃焼ガスを排気通路１０に流出させて燃焼させ、その発生熱で改質器２０を暖機する。また、非点火気筒を設けて未燃焼ガスを排気通路１０に流出させて燃焼させ、その発生熱で改質器２０を暖機する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に燃料の改質を行う改質器を介装し、排気熱により前記改質器を暖機する構成のエンジンの燃料改質装置であって、
前記改質器の暖機時に、前記エンジンの気筒から前記排気通路に不完全燃焼ガスを流出させ、当該流出させた不完全燃焼ガスを燃焼手段により燃焼させて前記改質器を暖機する構成としたことを特徴とするエンジンの燃料改質装置。
【請求項２】
前記気筒に供給する混合気濃度を制御して前記不完全燃焼ガスを流出させる構成である請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項３】
前記気筒の点火時期をずらして前記不完全燃焼ガスを流出させる構成である請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項４】
前記気筒の排気バルブの開弁時期をずらして前記不完全燃焼ガスを流出させる構成である請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項５】
前記気筒の排気バルブのリフト量を変更して前記不完全燃焼ガスを流出させる構成である請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項６】
前記燃焼手段は、前記不完全燃焼ガスに燃料及び空気の少なくとも一方を供給し、前記改質器及び当該改質器より上流の排気通路の少なくとも一方に設けた燃焼触媒により前記不完全燃焼ガスを燃焼させる構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項７】
前記改質器より上流の排気通路に点火装置を設ける構成である請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項８】
前記不完全燃焼ガスを流出させる気筒を、順次切替える構成である請求項１〜７のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項９】
前記不完全燃焼ガスを流出させる気筒を、予め定めた特定の気筒とする構成である請求項１〜７のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１０】
前記改質器の温度上昇又はエンジン始動後からの時間経過に従って前記不完全燃焼ガスの前記排気通路への流出頻度を減少制御する構成である請求項１〜９のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１１】
前記燃焼手段は、改質器温度又は排気温度に応じて燃料量又は空気量を制御する構成である請求項６に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１２】
エンジンの排気通路に燃料の改質を行う改質器を介装し、排気熱により前記改質器を暖機する構成のエンジンの燃料改質装置であって、
前記改質器の暖気時に、前記エンジンの気筒から前記排気通路に未燃焼ガスを流出させ、当該流出させた未燃焼ガスを燃焼手段により燃焼させて前記改質器を暖機する構成としたことを特徴とするエンジンの燃料改質装置。
【請求項１３】
非点火気筒を設けて前記未燃焼ガスを流出させる構成である請求項１２記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１４】
前記非点火気筒を、順次切替える構成である請求項１３に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１５】
前記非点火気筒を、予め定めた特定の気筒とする構成である請求項１３に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１６】
前記非点火気筒について、排気バルブを排気行程に加えて圧縮行程でも開弁させ、吸気バルブを吸入行程に加えて膨張行程でも開弁させると共に、前記吸排気バルブの開閉動作に同期させて燃料を噴射制御する構成とした請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１７】
前記燃焼手段は、前記改質器及び当該改質器より上流の排気通路の少なくとも一方に燃焼触媒を設け、該燃焼触媒により前記未燃焼ガスを燃焼させる構成である請求項１２〜１６のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１８】
前記改質器の排気と接触する部位に前記燃焼触媒を設ける構成である請求項１７に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１９】
前記改質器の温度の上昇又は始動後からの時間経過に従って前記未燃焼ガスの前記排気通路への流出頻度を減少制御する構成である請求項１２〜１８のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項２０】
前記改質器を、前記気筒の排気ポート部に配置し、排気マニホールド部の集合部より下流側に別の改質器を介装する構成である請求項１〜１９のいずれか１つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気熱を利用して燃料を改質するエンジンの燃料改質装置に関し、特に、改質器の早期活性化を可能とするエンジンの燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を改質して燃焼に用いるエンジンにおいて、エンジンの排気通路に改質器を介装し、燃料の改質に必要な熱エネルギとしてエンジンの排気熱を利用することが一般的に行われている。しかし、エンジンの始動時等は、排気熱によって改質器の温度が燃料の改質可能な温度に上昇するまでは燃料の改質ができず、この期間では燃料タンク内の燃料を用いてエンジンを駆動するので、改質燃料を用いた場合に比べてエンジン効率が低下して高効率なエンジン性能を十分に発揮できない。
【０００３】
そこで、従来では特許文献１に記載されているように、エンジン排気熱を利用せずに燃料を改質し、改質した燃料を燃料タンクに保存することにより、エンジン始動時等に改質燃料を使用する構成のものが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−３２９０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載したものは、改質燃料を蓄えるタンクや燃料配管等の部品が多くなり、装置構成や部品レイアウト等が複雑化してコストがかかるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、エンジンの排気熱を利用して改質器を速やかに暖機して改質可能な状態にすることが可能で、高効率なエンジン性能を早期に発揮させることができるエンジンの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】
【０００６】
このため、本発明は、エンジンの排気通路に燃料の改質を行う改質器を介装し、排気熱により前記改質器を暖機する構成のエンジンの燃料改質装置であって、前記改質器の暖機時に、前記エンジンの気筒から前記排気通路に不完全燃焼ガスを流出させ、当該流出させた不完全燃焼ガスを燃焼させて前記改質器を暖機する構成としたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、エンジンの排気通路に燃料の改質を行う改質器を介装し、排気熱により前記改質器を暖機する構成のエンジンの燃料改質装置であって、前記改質器の暖機時に、前記エンジンの気筒から前記排気通路に未燃焼ガスを流出させ、当該流出させた未燃焼ガスを燃焼させて前記改質器を暖機する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジン始動後の改質器暖機時に、排気通路に流出させた不完全燃焼ガスや未燃焼ガスを燃焼させて改質器を昇温させるようにしたので、改質器が燃料を改質できる状態に活性化するまでの時間を短縮できる。これにより、改質燃料を用いたエンジンの高効率運転が早期に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るエンジンの燃料改質装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
以下に、不完全燃料ガスを排気通路に流出させて改質器の早期活性化を図る場合の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明のシステム構成の第１実施形態を示す図である。
【００１２】
図１において、エンジン１のシリンダ内に往復動可能に配置されたピストン２の冠面とシリンダヘッドとにより画成される燃焼室３には、吸気バルブ４、排気バルブ５及び点火栓６が設けられている。
【００１３】
吸気通路７には、改質燃料を噴射する改質燃料噴射弁８及び通常の燃料を噴射する燃料噴射弁９が設けられている。また、排気通路１０の例えば排気マニホールド部に、燃料タンク１１内の燃料を排気熱を利用して改質する改質器２０が介装され、改質した燃料は改質燃料噴射弁８に供給される。改質器２０の排出ガス入口部には燃焼室３から排気通路１０に流出された不完全燃焼ガスを燃焼させるための燃料を噴射する燃料噴射弁１２が設けられている。前記燃料タンク１１内の燃料は、燃料ポンプ１３により改質器２０へ供給されると共に、例えば電磁式切換弁１４を介して燃料噴射弁９，１２へ切換供給される。
【００１４】
エンジン制御装置１５は、図示しないエアフローメータ、クランク角センサ等の各種センサ類からの信号に基づいて、改質燃料噴射弁８や燃料噴射弁９の燃料噴射制御及び点火栓６の点火動作を制御する点火制御装置１６を介して点火時期制御を行う。
【００１５】
排出ガス混合気濃度制御装置１７は、改質器２０の排出ガス入口部に配置した燃料噴射弁１２の燃料噴射を制御する。
【００１６】
バルブ制御装置１８は、吸気バルブ４及び排気バルブ５の開閉動作を制御する。
【００１７】
不完全燃焼ガス流出制御装置１９は、エンジン始動後の改質器２０の暖機時に、燃焼室３内の混合気を不完全燃焼ガスとして排気通路１０へ流出させるものである。
【００１８】
図２に前記改質器２０の構造の一例を示す。
【００１９】
改質器２０は、図２（Ａ）に示すように、燃料噴射弁１２が設けられた排出ガス入口部側に改質燃料噴射弁８に接続する改質ガス出口部を有し、排出ガス出口部側に燃料タンク１１に接続する燃料入口部を有するケース内に、排出ガスの熱を燃料に伝達する熱交換部を有する。熱交換部は、図２（Ａ）の一点鎖線で囲んだ領域の拡大図を示す図２（Ｂ）に示すように、多段に積層した排出ガス通路間に、排出ガス通路に隣接させて排出ガス通路と通路方向が直交する改質触媒を有する燃料通路と、改質ガス透過膜支持体で支持した改質透過膜で前記燃料通路と画成した改質ガス通路とを有する構造である。そして、燃料タンク１１からの液体燃料は各燃料通路へ流入し、排出ガスは排出ガス入口部から排出ガス出口部に向かって排気通路を通流し、この際に、排出ガスと燃料との熱交換により燃料が改質され、生成された改質ガスは改質ガス透過膜を介して改質ガス通路に侵入して、改質ガス出口部から改質燃料噴射弁８へ供給される。
【００２０】
次に、本実施形態の改質エンジンの動作を簡単に説明する。
【００２１】
エンジン始動直後の改質器２０の暖機中は、切換弁１４を制御して燃料タンク１１を燃料噴射弁９，１２に接続し、暫定的に燃料噴射弁９から通常の液体燃料を噴射供給してエンジン１を駆動する。そして、後述するように、不完全燃焼ガス流出制御装置１９の制御により特定気筒或いは順次変更される不完全燃焼生成気筒の燃焼室３内の混合気を不完全燃焼させて不完全燃焼ガスを排気通路１０に流出させる。排気通路１０に流出させた不完全燃焼ガスは改質器２０の排出ガス入口部から熱交換部の排出ガス通路に流入する。この不完全燃焼ガスの流入タイミングに合わせて不完全燃焼ガスを燃焼させるのに必要な燃料を燃料噴射弁１２から噴射供給して不完全燃焼ガスを可燃混合気にして燃焼、発熱させ、排出ガス出口部から排出する。ここで、前記排出ガス混合気濃度制御装置１７と燃料噴射弁１２で燃焼手段が構成される。
【００２２】
これにより、図３に示すように、従来に比べて改質器２０を改質可能な温度（図中の改質器稼動温度）まで短時間で上昇させることができ、エンジン始動直後から短時間で改質器２０を活性化でき改質燃料によるエンジン運転を行うことができるようになる。図３は、始動後からの改質器昇温特性について、全ての気筒で通常の燃焼を行った排出ガスで改質器を昇温させる従来法（図中点線で示す）と本発明（図中実線で示す）との比較結果を示したものである。
【００２３】
改質器２０の暖機後は、燃料噴射弁９，１２からの燃料噴射を停止し、エンジン制御装置１５により、エンジン運転状態に応じて改質燃料噴射弁８及び点火制御装置１６を制御して改質燃料噴射制御及び点火時期制御を実行し、排気熱を利用して改質器２０による燃料の改質を継続しながら、改質燃料によりエンジン１を駆動する。
【００２４】
次に、改質器２０の暖機中に排気通路１０に流出させる不完全燃焼ガスを生成する具体例について説明する。
【００２５】
排気通路１０に流出させる不完全燃焼ガスを生成する方法としては、例えば、希薄或いは過濃な混合気を作る燃料量を噴射する方法、点火栓６の点火時期を変更する方法、排気バルブ５の開閉時期やバルブ開弁面積（バルブリフト量）を変更する方法等が考えられる。
【００２６】
図４は、点火時期を変更することで不完全燃焼ガスを生成する場合の説明図である。
【００２７】
この場合、不完全燃焼ガス流出制御装置１９からの指令により点火制御装置１６を介して、不完全燃焼ガスを流出させる気筒の点火栓６の点火時期を変更制御する。完全燃焼させる場合、エンジン回転を考慮して着火燃焼期間が確保できるように設定され、図４の上段に示すように一般に点火時期は圧縮上死点前に設定される。一方、不完全燃焼を起こさせる場合は、図４の下段に示すように点火時期を遅らせて圧縮上死点後に設定する。これにより、混合気に着火しても燃焼室容積の拡大による混合気の圧力の減少、燃焼ガス温度の低下等により混合気は不完全燃焼のまま排気マニホールドに排出される。
【００２８】
ここで、不完全燃焼ガスを流出させる気筒は、例えば、図５にＸで示すように予め定めた特定の気筒（図では２番気筒）としてもよく、また、図６にＸで示すように時系列に順次切替えるようにしてもよい（図では２番→４番→３番→１番→２番→・・・）。
【００２９】
不完全燃焼を発生させる気筒を特定気筒に固定する場合は、不完全燃焼ガス流出制御装置１９で制御する不完全燃焼ガス生成用の装置を特定気筒にのみ設置すればよいので、装置のコストが抑制できると共に不完全燃焼ガス生成のための制御を簡素化できるメリットがある。また、不完全燃焼ガス生成気筒を時系列的に順に切替える場合は、エンジンの安定度が、全気筒完全燃焼時よりは劣るものの比較的安定した運転を行うことができる。
【００３０】
図７は、排気バルブ５の開弁時期を変更することにより不完全燃焼ガスを生成する場合の説明図である。
【００３１】
この場合、不完全燃焼ガス流出制御装置１９からの指令によりバルブ制御装置１８を介して不完全燃焼ガスを流出させる気筒の排気バルブ５の開弁時期を変更制御する。完全燃焼させる場合は、図７の上段に示すようにエンジン回転を考慮して混合気が燃焼する時間が確保できるように排気バルブ５の開弁時期が燃焼膨張行程の下死点に設定する。不完全燃焼を起こさせる場合は、図７の下段に示すように排気バルブ５の開弁時期を早くして、混合気の燃焼途中から排気バルブ５を開弁し始め、混合気の圧力の減少、燃焼ガス温度の低下等により不完全燃焼を起こし、不完全燃焼ガスが排気マニホールドに排出される。尚、不完全燃焼ガス生成気筒の設定は、点火時期を変更する場合と同様にすればよい。
【００３２】
図８は、排気バルブ５の開弁時期とバルブ開弁面積（バルブリフト量）を変更することにより不完全燃焼ガスの発生をコントロールする場合の説明図である。
【００３３】
この場合も前述と同様に、不完全燃焼ガス流出制御装置１９からの指令によりバルブ制御装置１８を介して不完全燃焼ガスを流出させる気筒の排気バルブ５の開弁時期を変更制御する。完全燃焼させる場合は、図８の上段に示すようにエンジン回転を考慮して混合気が燃焼する時間が確保できるように図７と同様に排気バルブ５の開弁時期やバルブ開弁面積（バルブリフト量）を設定する。一方、不完全燃焼を起こさせる場合は、図８の下段に示すように排気バルブ５の開弁時期を早くして、混合気の燃焼途中から開弁させ始め、かつ、排気バルブ５の開弁面積を小さく（バルブリフト量を低下）することで、混合気の圧力の減少量、燃焼ガス温度の低下量と排気マニホールドへの排出時間をコントロールしつつ、不完全燃焼を起こさせ、不完全燃焼ガスを排気マニホールドに排出させる。尚、この場合も、不完全燃焼ガス生成気筒の設定は点火時期を変更する場合と同様にすればよい。
【００３４】
かかる構成によれば、不完全燃焼ガスを改質器２０で燃焼、発熱させるので、排出ガスが改質器２０に到着するまでの排気通路１０への伝熱量が抑制できるため、改質器２０を早期に活性化でき、エンジン始動後から改質燃料による運転ができるまでの時間を短縮できるので、改質燃料を用いたエンジンの高効率運転を早期に実現でき、エンジン効率を向上できる。また、既存の構成を用いているので、装置の複雑化を招くことを防止でき安価なコストで改質器２０の早期に活性化できる。
【００３５】
次に、図９に本発明のシステム構成の第２実施形態を示す。尚、図１の第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図９において、本実施形態では、燃料噴射弁１２に代えて、不完全燃焼ガス燃焼用の空気を噴射供給する空気噴射弁３１と、この空気噴射弁３１に空気を供給する空気供給ポンプ３２と、点火装置３３と、これらを統括的に制御して排気通路１０に流出させた不完全燃焼ガスを燃焼させる排出ガス燃焼制御装置３４と、改質器２０の温度を検出する温度センサ３５とを設け、その他は第１実施形態と同様の構成である。
【００３７】
本実施形態では、エンジン始動直後の改質器２０の暖機中は、前述の第１実施形態で説明したいずれかの方法で不完全燃焼ガスを生成して排気通路１０に流出させ、この不完全燃焼ガスの流出タイミングに合わせて、排出ガス燃焼制御装置３４の制御により空気噴射弁３１から空気を排気通路１０に噴射させ、点火装置３３により点火する。そして、不完全燃焼ガスを燃焼、発熱させながら改質器２０の熱交換部に流入させ、改質器２０を暖機する。そして、改質器２０が改質可能な温度に到達すると、温度センサ３５からの検出信号によって、不完全燃焼ガス流出制御装置１９による不完全燃焼ガス生成のための制御を停止し、改質燃料によるエンジン運転に切替える。ここで、排出ガス燃焼制御装置３４、空気噴射弁３１及び点火装置３３で燃焼手段が構成される。
【００３８】
次に、図１０に本発明のシステム構成の第３実施形態を示す。尚、前述の各実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図１０において、本実施形態では、第２実施形態の点火装置３３をなくし、改質器２０より上流側の排気マニホールド部内壁面に燃焼触媒４０を塗布すると共に、燃料噴射弁１２により排気マニホールド部内に燃料噴射可能な構成である。その他は第２実施形態と同様の構成である。
【００４０】
本実施形態では、エンジン始動直後の改質器２０の暖機中は、前述の第１実施形態で説明したいずれかの方法で不完全燃焼ガスを生成して排気通路１０に流出させ、この不完全燃焼ガスの流出タイミングに合わせて、排出ガス燃焼制御装置３４の制御により空気噴射弁３１と燃料噴射弁１２から空気と燃料を排気通路１０に噴射供給する。そして、燃焼触媒４０により燃焼、発熱させながら改質器２０の熱交換部に流入させ、改質器２０を暖機する。改質器２０が改質可能な温度に到達すると、温度センサ３５からの検出信号によって、不完全燃焼ガス流出制御装置１９による不完全燃焼ガス生成のための制御を停止し、改質燃料によるエンジン運転に切替える。ここで、排出ガス燃焼制御装置３４、空気噴射弁３１、燃料噴射弁１２及び燃焼触媒４０で燃焼手段が構成される。
【００４１】
かかる第２、第３実施形態の構成によれば、空気の供給により可燃混合気を点火装置で点火するので、排気通路１０に流出させた不完全燃焼ガスを確実に燃焼させることができる。
【００４２】
上述の各実施形態において、不完全燃焼ガスを発生させる気筒数や発生頻度を、改質器２０の温度或いは始動時からの時間経過に応じて変化させるようにしてもよい。
【００４３】
温度センサ３５の検出温度が低い状態では、不完全燃焼させる気筒の数や頻度を多くし、温度が高くなると徐々に減らすようにすることで、エンジン１の燃焼効率への悪影響を小さくすると共に、エンジン安定度へ良い影響を与えることができる。
【００４４】
図１１は、改質器の温度やエンジン始動後の時間経過に応じて不完全燃焼させる気筒の数や頻度を変化させる場合の一例を示す図である。
【００４５】
次に、図１２に本発明のシステム構成の第４実施形態を示す。尚、前述の各実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図１２において、本実施形態では、排気通路１０の排気マニホールド部１０Ａの排気管が集合した部分より下流に改質器２０を設けると共に、エンジン１の排気ポート部１０Ｂに前記改質器２０より小型のポート改質器５０を設け、両改質器２０，５０からの改質ガスを切換弁５１により改質燃料噴射弁８へ選択的に切換供給可能に構成される。また、ポート改質器５０の上流側には、流出された不完全燃焼ガスに図示しない配管を通して燃料や燃焼用補助空気を排気ポートに供給する排出ガス混合気濃度制御装置５２を設けて不完全燃焼ガスを可燃混合気に変化させる。ポート改質器５０の温度を検出する温度センサ５３と、マニホールド部１０Ａ内の排気温度を検出する温度センサ５４とを備える。尚、不完全燃焼ガス流出制御装置１９は、前述と同様な構成であり、不完全燃焼ガスの生成方法に応じて、点火制御装置１６或いはバルブ制御装置１８等を制御して不完全燃焼ガスを生成させるものである。
【００４７】
ポート改質器５０の一例を図１３に示す。
【００４８】
図１３において、このポート改質器５０は、図１３（Ａ）に示すように、外管と内管からなる円筒形状で、排出ガス入口部側に改質燃料噴射弁８に接続する改質ガス出口部を有し、排出ガス出口部側に燃料タンク１１に接続する燃料入口部を有する。外管と内管との間には、燃料入口部から流入する燃料を改質ガスに改質して改質ガス出口部から排出する改質触媒を設けた改質ガス通路が形成される。排出ガスが流通する排出ガス通路を形成する内管の内壁周囲には、図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である図１３(Ｂ)に示すように、熱交換フィンを放射状に有し、各熱交換フィン表面に燃焼触媒が塗布されている。
【００４９】
かかるポート改質器５０では、排出ガス通路に流入した排出ガスは熱交換フィンの燃焼触媒により酸化され、発生した熱が内管を介して改質ガス通路側に伝達されて燃料を改質する。
【００５０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５１】
エンジン始動直後は、燃料噴射弁９から通常の液体燃料を噴射供給してエンジン１を駆動する。そして、図５或いは図６に示すような不完全燃焼気筒から前述の第１実施形態で説明したいずれかの方法で不完全燃焼ガス流出装置１９の制御で不完全燃焼ガスを生成して排気ポート部１０Ｂに流出させ、この不完全燃焼ガスの流出タイミングに合わせて、排出ガス混合気濃度制御装置５２の制御により、不完全燃焼ガスの混合気濃度の状態に応じて燃焼用補助空気或いは燃料を排気ポート部１０Ｂに噴射供給して可燃混合気にしてポート改質器５０の排出ガス通路へ流入させる。そして、燃焼触媒の作用により燃焼、発熱させてポート改質器５０を暖機する。ポート改質器５０が改質可能な温度に到達すると、温度センサ５３からの検出信号によって、不完全燃焼ガス流出制御装置１９による不完全燃焼ガス生成のための制御を停止し、改質燃料によるエンジン運転に切替える。そして、温度センサ５４の検出温度に基づいて改質器２０が燃料改質可能であると判断されれば、切換弁５１を切換制御して改質器２０を改質燃料噴射弁８に接続し、改質器２０からの改質燃料を用いて改質燃料によるエンジン運転を継続する。ここで、排出ガス混合気濃度制御装置５２及びポート改質器５０の燃焼触媒で燃焼手段が構成される。
【００５２】
かかる構成によれば、小型のポート改質器５０を短時間で活性化させて改質ガス燃料を確保し、その後、改質燃料によるエンジン運転で得られる排気熱を利用して改質器２０で多量の燃料を改質するようにしたので、始動後から改質燃料によるエンジン運転開始までの時間を、更に短縮することができる。従って、より一層エンジン効率を向上できる。
【００５３】
尚、本実施形態の場合、不完全燃焼ガスを生成する気筒を特定気筒に設定すれば、特定気筒の排気ポートのみにポート改質器５０を介装すればよい。
【００５４】
次に、未燃焼ガスを排気通路に流出させて改質器の早期活性化を図る場合の実施形態について説明する。
【００５５】
図１４は、本発明のシステム構成の実施形態を示す図である。尚、前述の各実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図１４において、本実施形態は、不完全燃焼ガス流出制御装置１９に代えて、エンジン始動後の改質器２０の暖機時に、燃焼室３内の混合気を燃焼させずに未燃焼ガスとして排気通路１０へ流出させる未燃焼ガス流出制御装置６０を備える。未燃焼ガス流出制御装置６０は、例えば点火制御装置１６を介して未燃焼ガスを流出させる気筒の点火栓６の点火動作を停止制御して点火を行わせないことで未燃焼ガスを排気通路１０へ流出させる。尚、その他の構成は、燃料噴射弁１２がないことを除いて図１と同様の構成である。
【００５７】
次に、本実施形態の改質エンジンの動作を簡単に説明する。
【００５８】
エンジン始動直後の改質器２０の暖機中は、切換弁１４を制御して燃料タンク１１内の燃料を燃料噴射弁９に供給して燃料噴射弁９から通常の液体燃料を噴射供給してエンジン１を駆動する。そして、後述するように、未燃焼ガス流出制御装置６０の制御により特定気筒或いは順次変更される未燃焼ガス流出気筒の点火動作を停止させて未燃焼ガスを排気通路１０に流出させる。排気通路１０に流出させた未燃焼ガスは改質器２０の排出ガス入口部から熱交換部の排出ガス通路に流入し、排出ガス通路面に塗布された白金（Ｐｔ）系等の燃焼触媒上で燃焼反応により燃焼し発熱する。発生した熱は直接隣接する改質ガス通路の改質触媒に伝達され、燃料の改質が行われる。ここで、改質器２０の燃焼触媒が燃焼手段の機能を有する。
【００５９】
これにより、不完全燃焼ガスを流出させる場合と同様に、図３に示すように従来に比べて改質器２０を改質可能温度（図中の改質器稼動温度）まで短時間で上昇させることができ、エンジン始動直後から短時間で改質器２０を活性化でき改質燃料によるエンジン運転を行うことができるようになる。従って、エンジン１の効率を向上させることができる。また、既存の設備で実現することができるので、安価なコストで改質器２０を早期に活性化できる。
【００６０】
改質器２０の暖機後は、燃料噴射弁９からの燃料噴射を停止し、エンジン制御装置１５により、エンジン運転状態に応じて改質燃料噴射弁８及び点火制御装置１６を制御して改質燃料噴射制御及び点火時期制御を実行し、排気熱を利用して改質器２０による燃料の改質を継続しながら、改質燃料によりエンジン１を駆動する。
【００６１】
次に、未燃焼ガスを流出させる非点火気筒の設定方法について説明する。
【００６２】
未燃焼ガス流出制御装置６０により点火栓６の点火動作を停止制御する非点火気筒を、図６に示す不完全燃焼気筒の場合と同様に、エンジン回転に従って時系列に順次切替えるようにして（図では２番→４番→３番→１番→２番→・・・）、特定の気筒が非点火気筒にならないように設定する。この場合、エンジン１の安定度は全気筒燃焼時よりは劣るものの、比較的安定する。
【００６３】
エンジン１の安定度よりも改質器２０の活性化を優先させる場合には、図１５に示すように、図６の方式に加えて特定気筒（図では３番気筒）を点火しないようにして、改質器２０の燃焼触媒上での燃焼反応を増加させるようにしてもよい。
【００６４】
改質器２０への未燃焼ガス導入量を改質器２０の温度やエンジン始動後からの時間経過により制御することで、燃料の消費量削減を図ることが可能であり、このために、図１６に示すように、未燃焼ガスを流出させる非点火気筒数や発生頻度を、改質器２０の温度の上昇やエンジン始動時からの時間経過に従って減少させるようにするとよい。
【００６５】
次に、図１７に本発明のシステム構成の別の実施形態を示す。
【００６６】
図１７において、本実施形態は、排気通路の排気ポート部及び排気マニホールド集合部の下流にそれぞれ改質器を設けるもので、そのシステム構成は、図１２に示す実施形態の不完全燃焼ガス流出制御装置１９に代えて、前述の未燃焼ガス流出制御装置６０を設ける構成であり、その他の構成は図１２のシステム構成と同じである。
【００６７】
かかる実施形態では、図６或いは図１５に示すような非点火気筒から未燃焼混合気を排気ポート部１０Ｂに流出させ、この未燃焼混合気をポート改質器５０の排出ガス通路へ流入させる。そして、燃焼触媒の作用により燃焼、発熱させてポート改質器５０を暖機する。温度センサ５３からの検出信号に基づいてポート改質器５０が活性化したと判断すると、未燃焼ガス流出制御装置６０は未燃焼ガス生成のための制御を停止し、改質燃料によるエンジン運転に切替える。その後、温度センサ５４の検出温度に基づいて改質器２０が活性化した判断すれば、切換弁５１を切換制御して改質器２０からの改質ガス燃料を改質燃料噴射弁８に供給し、改質器２０からの改質燃料を用いて改質燃料によるエンジン運転を継続する。ここで、ポート改質器５０の燃焼触媒が燃焼手段の機能を有する。
【００６８】
かかる構成によれば、小型のポート改質器５０を短時間で活性化させて改質ガス燃料を確保し、その後、改質燃料によるエンジン運転で得られる排気熱を利用して改質器２０で多量の燃料を改質することで、始動後から改質燃料によるエンジン運転開始までの時間を、更に短縮することができ、より一層エンジン効率を向上できる。
【００６９】
上述の両実施形態では、吸・排気バルブの動作を、図１８に示すように点火気筒と非点火気筒で同じように行うものとして説明したが、図１４の点線で示すように未燃焼ガス流出製装置６０によりバルブ制御装置１８を介して吸・排気バルブ４，５の動作も制御し、図１９に示すように、非点火気筒の吸気バルブ４を吸入行程に加えて膨張行程でも開弁させ、排気バルブ４を排気行程に加えて圧縮行程でも開弁させ、燃料噴射弁９からの燃料噴射もそれに同期させることにより、未燃焼ガスを通常の圧縮行程でも流出させることができ一層多量に排気通路１０へ流出させることが可能となり、改質器２０の昇温時間を大幅に短縮することができ、エンジン効率を更に向上させることが可能である。ただし、吸・排気バルブの動作を任意に変更可能な構成（例えば電磁動弁機構等）が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の不完全燃焼ガス流出による燃料改質装置の第１実施形態を示す構成図
【図２】改質器の構造例を示す図
【図３】本発明と従来例の改質器活性化時間の比較図
【図４】点火時期の変更により不完全燃焼を行う方法の説明図
【図５】特定気筒を不完全燃焼させる燃焼サイクル例を示す図
【図６】不完全燃焼気筒を順次変更させる燃焼サイクル例を示す図
【図７】排気バルブの開弁時期の変更により不完全燃焼を行う方法の説明図
【図８】排気バルブの開弁時期とバルブ開弁面積の変更により不完全燃焼を行う方法の説明図
【図９】本発明の不完全燃焼ガス流出による燃料改質装置の第２実施形態を示す構成図
【図１０】本発明の不完全燃焼ガス流出による燃料改質装置の第３実施形態を示す構成図
【図１１】不完全燃焼気筒数の割合と改質器温度、始動後時間との関係を示す図。
【図１２】本発明の不完全燃焼ガス流出による燃料改質装置の第４実施形態を示す構成図
【図１３】ポート改質器の構成例を示す図
【図１４】本発明の未燃焼ガス流出による燃料改質装置の実施形態を示す構成図
【図１５】非点火気筒を設定した燃焼サイクル例を示す図
【図１６】非点火気筒数の割合と改質器温度、始動後時間との関係を示す図。
【図１７】本発明の未燃焼ガス流出による燃料改質装置の別の実施形態を示す構成図
【図１８】本発明の点火及び非点火気筒の吸・排気バルブ開閉動作の説明図
【図１９】本発明の点火及び非点火気筒の吸・排気バルブ開閉動作の他の例の説明図
【符号の説明】
【００７１】
１    エンジン
３    燃焼室
８    改質燃料噴射弁
９，１２    燃料噴射弁
１０    排気通路
１０Ｂ    排気ポート部
１１    燃料タンク
１５    エンジン制御装置
１６    点火制御装置
１７，５２    排出ガス混合気濃度制御装置
１８    バルブ制御装置
１９    不完全燃焼ガス流出制御装置
２０    改質器
３１    空気噴射弁
３２    空気供給ポンプ
３３    点火装置
３４    排出ガス燃焼制御装置
４０    燃焼触媒
５０    ポート改質器
６０    未燃焼ガス流出制御装置
【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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【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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