(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給する第１の燃料を脱水素環化反応によって改質することにより、前記第１の燃料よりも芳香族成分の含有率が高いアンチノック性を有する第２の燃料を生成する燃料改質装置と、
前記内燃機関のエンジン筒内に前記第１および第２の燃料を同じ位置から直接噴射する燃料噴射装置と、
前記内燃機関の運転状態を検出し、エンジン負荷検出結果を出力する運転状態検出装置と、
前記内燃機関のエンジン筒内の燃焼状態を検出する筒内燃焼状態検出装置と、
前記運転状態検出装置及び前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、前記燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射量と当該燃料における前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率とを制御するとともに、前記燃料改質装置の前記第２の燃料の生成速度の制御を行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、あるいは、前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射するかを、判定する燃焼モード判定部と、
前記燃焼モード判定部が前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射すると判定したときに、前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料に対する前記第２の燃料の混合比率を決定する混合比判定部と、
前記混合比判定部で決定された混合比率よりも所定比率だけ前記第２の燃料の混合比率を下げる第２燃料比率低減部と、
前記第２燃料比率低減部によって第２の燃料の混合比率を下げた状態での前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定するノッキング判定部と、
前記ノッキング判定部でノッキング発生有りと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、前記ノッキング判定部でノッキング発生無しと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする、第２燃料消費抑制部と、
前記第２燃料消費抑制部から出力される前記第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて前記第２の燃料の消費速度を演算する第２燃料消費速度演算部と、
前記第２燃料消費速度演算部で演算された前記第２の燃料の消費速度と前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、前記第２の燃料の生成速度を制御する燃料改質量制御部と
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
【請求項２】
前記制御装置の前記燃料改質量制御部は、
前記内燃機関の冷却水または排気ガスの排熱との熱交換により前記燃料改質装置の改質反応温度を制御し、前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置。
【請求項３】
前記制御装置の前記燃料改質量制御部は、
前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度が、前記第２燃料消費量演算部で演算された前記第２の燃料の消費速度と等しくなるように、前記燃料改質装置の改質反応温度を制御し、前記第２の燃料の生成速度を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料制御装置。
【請求項４】
前記燃料改質装置の下流の燃料配管に設けられ、前記燃料改質装置で生成した前記第２の燃料を一時的に貯蔵する貯蔵タンクをさらに備え、
前記制御装置の前記燃料改質量制御部は、
前記貯蔵タンクに貯蔵された前記第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の上限値を超えた場合には、前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度を前記第２の燃料の消費速度よりも小さくし、
前記貯蔵タンクに貯蔵された前記第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の下限値より低下した場合には、前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度を前記第２の燃料の消費速度よりも大きくする
ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料制御装置。
【請求項５】
エンジン負荷の状態を検出し、エンジン負荷検出結果に基づき、第１の燃料のみを噴射するか、あるいは、前記第１の燃料と第１の燃料よりも芳香族成分の含有率が高いアンチノック性を有する第２の燃料とを噴射するかを、判定する燃焼モード判定ステップと、
前記燃焼モード判定ステップで前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射すると判定したときに、前記エンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料に対する前記第２の燃料の混合比率を決定する混合比判定ステップと、
前記混合比判定ステップで決定された混合比率よりも所定比率だけ前記第２の燃料の混合比率を下げる第２燃料比率低減ステップと、
前記第２燃料比率低減ステップによって第２の燃料の混合比率を下げた状態でエンジン筒内燃焼状態を検出し、当該検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定するノッキング判定ステップと、
前記ノッキング判定ステップでノッキング発生有りと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、前記ノッキング判定ステップでノッキング発生無しと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする、第２燃料消費抑制ステップと、
前記第２燃料消費抑制ステップから出力される前記第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて前記第２の燃料の消費速度を演算する第２燃料消費速度演算ステップと、
前記第２燃料消費速度演算ステップで演算された前記第２の燃料の消費速度と、前記第１の燃料を脱水素環化反応によって改質することにより前記第２の燃料を生成する燃料改質装置の前記第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、前記燃料改質装置の前記第２の燃料の生成速度を制御する燃料改質量制御ステップと
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃料制御装置および方法に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直噴ガソリンエンジンの予混合圧縮着火燃焼に適用する内燃機関の燃料制御装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費向上を目指した従来の筒内直噴ガソリンエンジンでは、ポンピング損失を低減するための燃焼方式として成層混合気リーン燃焼が効果的であり、ウォールガイド方式が実用化されている。この方式は、エンジン筒内の空気流動とピストンに設けられたキャビティにより、噴射された燃料の混合気形成と点火プラグ近傍への搬送を行うものである。
【０００３】
しかし、ピストンキャビティへの衝突による燃料液滴分裂と蒸発促進を狙いとしていたため、ピストンキャビティへの燃料付着が避けられず、未燃成分の増加による排気ガス性能と燃費の悪化が起こっていた。さらに、成層混合気内に燃料過濃領域があると、燃焼時に温度が高くなり、サーマルＮＯｘ濃度が高くなる。成層混合気リーン燃焼の排気ガス中には、ＮＯｘと還元剤であるＣＯ（一酸化炭素）およびＨＣ（炭化水素）と同時にＯ２（酸素）が含まれており、三元触媒によるＮＯｘ浄化はできず、吸蔵型または選択還元型のＮＯｘ浄化触媒の装着が必要になる。
【０００４】
成層混合気リーン燃焼に対して、予混合圧縮着火燃焼は吸気行程で燃料が噴射され均質になった混合気が圧縮行程の高温高圧状態で自己着火するものである。
【０００５】
燃料は吸気行程で噴射されるので、ピストン頂面やシリンダ側面への付着はなく、混合気形成に必要な時間は充分あり、圧縮行程の後半には混合気中に過濃領域は存在しない。そのため燃焼温度は低くなり、サーマルＮＯｘの生成はほとんど無く、ＮＯｘ浄化触媒装着の必要もない。
【０００６】
この予混合圧縮着火燃焼が次世代の燃焼方式として開発が進められている。
【０００７】
予混合圧縮着火燃焼の燃焼状態は混合気濃度と温度の影響が大きく、圧縮時のガス温度が自己着火温度よりも低ければ着火しない。そのため、混合気温度を昇温するために、エンジンの圧縮比を大きくする、吸排気バルブの開閉タイミングに負のオーバーラップを設け高温の残留ガスを気筒内に残す、さらに、吸気を電気ヒータで加熱するなどの方法がとられている。
【０００８】
これらの方策により低中負荷領域に属する一部運転状態では、安定して予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。
【０００９】
しかしながら、前記低中負荷運転領域と比較して燃料供給量が多くなる高負荷運転領域では混合気濃度が高くなるため、自己着火温度は低く、さらに着火後の燃焼速度は速くなる。
【００１０】
そのため、燃料供給量が多く混合気濃度が高くなる高負荷運転領域での予混合圧縮着火燃焼は、エンジン筒内の異常昇圧によるノッキングにより制限される。
【００１１】
この混合気状態で予混合圧縮着火燃焼を成立させるためには、過早着火抑制と燃焼速度低減が必要である。その手段の一つとして、混合気濃度が高い状態でも着火温度が大きく変化せず、燃焼速度が遅く、燃焼による筒内の圧力上昇が緩慢で、ノッキングを起こしにくい特性を持つ燃料を使用する方法が考えられている。
【００１２】
エンジンの広い運転領域において、それぞれの燃焼状態に応じた特性をもつ燃料を供給する方法はバイフューエル技術として従来から提案されている。
【００１３】
予混合燃焼の高負荷運転状態への拡大に関しては、例えば、特許文献１では、アンチノック性能が高い水素ガスを第２の燃料として、特許文献２ではジエチルエーテル、さらに、特許文献３では、ガソリンと軽油が使用されている。これらの方式では２種類の燃料を別々に貯蔵する燃料タンクが設けられている。
【００１４】
これらの方式に対して、例えば、特許文献４では、燃料タンクに入れる燃料はガソリンだけの１種類としている。その１種類の燃料を貯蔵する燃料タンクからエンジンに供給する燃料配管を２経路設け、一方の配管からはガソリンを供給し、もう一方の配管には燃料改質器を備えている。導入されたガソリンは、ガソリンの直鎖炭化水素を脱水素環化反応させることにより、オクタン価の高い芳香族燃料の多い燃料（高アンチノック性燃料）に改質される。この方式によれば、ガソリン１種類の燃料だけで、高アンチノック性燃料を生成することが出来るので、バイフューエル燃料をそれぞれ貯蔵するための個別の燃料タンクを２台搭載することなく、バイフューエルシステムを構築している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−１００５０１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８６１１０号公報
【特許文献３】特開２００９−６８４１８号公報
【特許文献４】特開２００４−１００５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、全運転領域で低燃費と低排出ガスを両立する予混合圧縮着火燃焼を可能にするバイフューエルシステムの実現に向けて、以下の問題点が存在する。
【００１７】
上記の特許文献１〜３では、それぞれの燃料を供給する燃料タンクを２個搭載する必要がある。燃料の給油口も２ヶ所設けられるので、燃料を入れ間違えるトラブルが発生したり、また、燃料残量の管理が煩雑になるという問題点があった。
【００１８】
それに対して、特許文献４は、バイフューエルシステムであっても、２種類の燃料を給油するのではなく、燃料タンクに供給したガソリンとそのガソリンを改質した燃料とを使用するため、供給燃料は１種類になり、２種類の燃料の給油間違いが発生したり、各燃料残量の煩雑な管理からは開放される。しかしながら、特許文献４は、エンジン筒内での燃焼状態を検出していないので、ノッキングを起こさない安定燃焼を実現するための必要最小限の改質燃料混合量を判定することが出来ない。恐らく、特許文献４では、高アンチノック性燃料の混合量は、運転状態によって予め設定されていると考えられ、必要以上の高アンチノック性燃料が供給されてしまう可能性があるという問題点があった。
【００１９】
また、特許文献４では、改質器の反応温度が調整されておらず、改質反応速度を制御することが出来ないので、改質燃料の消費量に応じて高アンチノック性燃料を供給する改質反応制御が実施されていない。
【００２０】
さらに、特許文献４では、改質器下流に設置された改質燃料貯蔵タンク内の貯蔵量を適正な範囲に収めることもなされていない。
【００２１】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、高アンチノック性燃料をエンジンが必要とする適正量供給し、高アンチノック性燃料不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、過剰生成による触媒の劣化を抑制することが可能な、内燃機関の燃料制御装置および方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明は、内燃機関に供給する第１の燃料を脱水素環化反応によって改質することにより、前記第１の燃料よりも芳香族成分の含有率が高いアンチノック性を有する第２の燃料を生成する燃料改質装置と、前記内燃機関のエンジン筒内に前記第１および第２の燃料を同じ位置から直接噴射する燃料噴射装置と、前記内燃機関の運転状態を検出し、エンジン負荷検出結果を出力する運転状態検出装置と、前記内燃機関のエンジン筒内の燃焼状態を検出する筒内燃焼状態検出装置と、前記運転状態検出装置及び前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、前記燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射量と当該燃料における前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率とを制御するとともに、前記燃料改質装置の前記第２の燃料の生成速度の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、あるいは、前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射するかを、判定する燃焼モード判定部と、前記燃焼モード判定部が前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射すると判定したときに、前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料に対する前記第２の燃料の混合比率を決定する混合比判定部と、前記混合比判定部で決定された混合比率よりも所定比率だけ前記第２の燃料の混合比率を下げる第２燃料比率低減部と、前記第２燃料比率低減部によって第２の燃料の混合比率を下げた状態での前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定するノッキング判定部と、前記ノッキング判定部でノッキング発生有りと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、前記ノッキング判定部でノッキング発生無しと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする、第２燃料消費抑制部と、前記第２燃料消費抑制部から出力される前記第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて前記第２の燃料の消費速度を演算する第２燃料消費速度演算部と、前記第２燃料消費速度演算部で演算された前記第２の燃料の消費速度と前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、前記第２の燃料の生成速度を制御する燃料改質量制御部とを含んでいることを特徴とする内燃機関の燃料制御装置である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は、内燃機関に供給する第１の燃料を脱水素環化反応によって改質することにより、前記第１の燃料よりも芳香族成分の含有率が高いアンチノック性を有する第２の燃料を生成する燃料改質装置と、前記内燃機関のエンジン筒内に前記第１および第２の燃料を同じ位置から直接噴射する燃料噴射装置と、前記内燃機関の運転状態を検出し、エンジン負荷検出結果を出力する運転状態検出装置と、前記内燃機関のエンジン筒内の燃焼状態を検出する筒内燃焼状態検出装置と、前記運転状態検出装置及び前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、前記燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射量と当該燃料における前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率とを制御するとともに、前記燃料改質装置の前記第２の燃料の生成速度の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、あるいは、前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射するかを、判定する燃焼モード判定部と、前記燃焼モード判定部が前記第１の燃料と前記第２の燃料とを噴射すると判定したときに、前記運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、前記第１の燃料に対する前記第２の燃料の混合比率を決定する混合比判定部と、前記混合比判定部で決定された混合比率よりも所定比率だけ前記第２の燃料の混合比率を下げる第２燃料比率低減部と、前記第２燃料比率低減部によって第２の燃料の混合比率を下げた状態での前記筒内燃焼状態検出装置の検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定するノッキング判定部と、前記ノッキング判定部でノッキング発生有りと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、前記ノッキング判定部でノッキング発生無しと判定された場合は、前記第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする、第２燃料消費抑制部と、前記第２燃料消費抑制部から出力される前記第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて前記第２の燃料の消費速度を演算する第２燃料消費速度演算部と、前記第２燃料消費速度演算部で演算された前記第２の燃料の消費速度と前記燃料改質装置による前記第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、前記第２の燃料の生成速度を制御する燃料改質量制御部とを含んでいることを特徴とする内燃機関の燃料制御装置であるので、高アンチノック性燃料である第２の燃料を内燃機関が必要とする適正量供給し、高アンチノック性燃料不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、過剰生成による触媒の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、第１の燃料と第２の燃料と混合燃料とのそれぞれの熱発生率をグラフで示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、第１の燃料と第２の燃料と混合燃料のそれぞれの使用時の燃焼指圧線図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、エンジン運転領域における第２の燃料混合領域と混合割合とを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、インジェクタの構造図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、スワーラーチップ周辺の燃料流動概念図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、バルブシート上流部の燃料流動概念図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、混合燃料供給時の弁駆動信号を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、第２の燃料混合領域における混合割合学習制御領域を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、第２の燃料の混合割合学習制御の概略フローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、燃料改質反応器の構造図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、燃料改質率と改質反応器温度の関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、改質反応器温度制御の概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置に係る、改質反応器制御の概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
上述したように、改質器を搭載したバイフューエルシステムにおいて、高アンチノック性燃料をエンジンが必要とする適正量の分だけ供給するために、燃料改質反応を適正に制御することにより、高アンチノック性燃料不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、過剰生成による触媒の劣化を抑制することが課題である。その課題解決のためには、エンジンの燃焼状態を検出して最適供給量を判定するとともに、改質反応器の反応温度、ガソリン供給量を精密に制御する必要がある。本発明は、改質器を搭載したバイフューエルシステムにおいて、高アンチノック性燃料をエンジンが必要とする適正量供給するために、燃料改質反応を適正に制御することにより、高アンチノック性燃料不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、過剰生成による、触媒の劣化を抑制することを目的としている。
【００２６】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態を説明する。図１は、本発明の内燃機関の燃料制御装置の構成を示す図である。
【００２７】
図１において、１はエンジン筒内である。エンジン筒内１では、吸入空気と燃料とを導入し、可燃燃料混合気を形成した後、それを燃焼させ、その燃焼反応による発熱エネルギを作動流体の圧力に変換する。２は、エンジン筒内１を上下方向に摺動移動し、エンジン筒内１へ吸気を導入し、また、混合気の燃焼圧力を運動エネルギに変換し、さらに燃焼後の既燃ガスを排出するピストンである。３は、ピストン２とクランクシャフト４とを接続するコネクティングロッドである。コネクティングロッド３によりピストン２とクランクシャフト４とを接続することにより、ピストン２の往復摺動運動をクランクシャフト４の回転運動に変換することができる。５は、クランクシャフト４の１回転当たり特定数のパルスを発生するエンジン回転センサであり、エンジン回転センサ５は、さらに、１回転で特定角度、例えば、ピストン上死点または下死点でパルスを発生する。
【００２８】
６は、エンジン筒内１への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁である。７は、エンジン筒内１からの排気を制御する排気弁である。１０は、エンジン筒内１の頂面に設置され、ピストン２に向けて燃料噴霧１１を噴射するインジェクタである。
【００２９】
１２は、エンジン筒内１の燃焼状態を、エンジン筒内１の圧力の変化や、燃焼のタイミングで生成するイオンの状態として検出するための燃焼状態センサ（筒内燃焼状態検出装置）である。
【００３０】
インジェクタ１０（燃料噴射装置）には、燃料配管１３と燃料配管１４との２つの燃料配管が接続されている。インジェクタ１０から噴射される燃料噴霧１１は、燃料配管１３を通じて供給される第１の燃料１５と、燃料配管１４を通じて供給される第２の燃料との混合燃料である。インジェクタ１０は、エンジン筒内１に、第１の燃料１５と第２の燃料とを同じ位置（すなわち、噴口５８（図５参照））から直接噴射する。
【００３１】
なお、第１の燃料１５は、例えばガソリンであり、燃料タンク３４内に貯蔵され、燃料タンク３４に設けられた燃料ポンプ１６によって汲み上げられて燃料配管１３に供給され、燃料配管１３の途中に設けられた高圧ポンプ１７でさらに昇圧されて、インジェクタ１０に圧送される。
【００３２】
第２の燃料は、燃料改質反応器１８（燃料改質装置）によって、第１の燃料１５から生成される。詳細に説明すると、燃料ポンプ１６によって燃料配管１３に供給された第１の燃料１５の一部が、燃料配管１３の途中で分岐されて、燃料改質反応器１８に導入される。燃料改質反応器１８においては、脱水素環化反応によって第１の燃料１５を改質し、第１の燃料１５よりも芳香族成分の含有率が高い高アンチノック性燃料である第２の燃料を生成する。生成された第２の燃料は、残量計２３が設置されて貯蔵量が計測される貯蔵タンク１９に一時的に貯蔵され、エンジン制御ユニット２８の制御により、貯蔵タンク１９を経て、第２の燃料の高圧ポンプ２０によって加圧され、燃料配管１４を通って、インジェクタ１０に供給される。インジェクタ１０で、第２の燃料は、第１の燃料と混合されて、エンジン筒内１に噴射される。
【００３３】
２１は、燃料改質反応器１８の上流に設けられ、第２の燃料の供給量を制御する流量制御弁である。２２は、燃料改質反応器１８に付設され、改質触媒の反応温度を計測する温度センサである。２４は、燃料改質反応器１８の反応速度を制御するために反応器温度を昇温するための熱交換器である。熱交換器２４の熱源としては、エンジン筒内１の排気ガスまたは冷却水を使用する。熱源である排気ガスまたは冷却水は、熱交換器２４に設けられた配管３１によって熱交換器２４に供給される。ここで、２５は熱交換器２４に供給され排気ガスまたは冷却水の流量を調整する流量制御弁である。
【００３４】
３２は、吸入空気を吸気弁６を通過して、エンジン筒内１まで導入する吸気管である。２９は、吸気管３２の途中に設けられ、吸気管３２を流れる吸気流量を制御するスロットルバルブである。３０は、スロットルバルブ２９の開閉量を例えばＤＣモータやステッピングモータによって制御するスロットルアクチュエータである。
【００３５】
３３は、エンジン筒内１から排気弁７を経て排出される既燃ガス（排気ガス）を大気に放出するための排気管である。２７は、排気管３３の下流側に設けられた三元触媒で、噴射された燃料が完全燃焼する理論空燃比で燃焼した場合に、排気ガス中に含まれるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの有害ガス三成分を同時に酸化還元浄化する。
【００３６】
２６は、運転者が操作するアクセルペダル３５の踏み込み位置を電気信号に変換し、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサである。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、エンジン負荷の値を、エンジン回転数センサ５で検出したエンジン回転数と、スロットル開度センサ（図示せず）により検出されるスロットル開度（またはスロットルバルブ下流側の吸気管内圧）から算出される出力トルク（実出力トルク）とに基づいて検出するため、エンジン回転数センサ５とスロットル開度センサとは、内燃機関の運転状態（特に、エンジン負荷）を検出する運転状態検出装置を構成している。実出力トルクの算出方法としては、特に限定されるものではなく、既存の算出方法のいずれを用いてもよいが、スロットル開度の他に、エンジン回転数や、混合物組成（空燃比）、実熱効率などを用いて算出してもよく、さらには、最適点火角（点火時期）、燃焼期間、排気ガス戻し率（ＥＧＲ率）などを用いて算出してもよい。また、これらの運転変数に応じた制御マップを用いて求めるようにしてもよい。あるいは、出力トルクセンサ等のトルク検出手段を設けておいて、それにより出力トルクを測定して検出するようにしてもよい。なお、エンジン負荷は、上記のものに限定されるものではなく、アクセル開度や、燃料噴射量、あるいは、目標出力トルクなどを、エンジン負荷として用いるようにしてもよい。なお、目標出力トルクをエンジン負荷として用いる場合には、アクセルポジションセンサ２６で検出したアクセル開度等から算出する。
【００３８】
２８は、エンジン制御ユニット（制御装置）である。エンジン制御ユニット２８は、各センサ（符号５，１２，２２，２３，２６参照）からの検出信号を取り込み、それらの検出結果に基づいて、インジェクタ１０から噴射される燃料噴射１１の燃料噴射量と第１の燃料１５と第２の燃料との混合比の制御、さらに、噴射タイミング制御を行うとともに、第１の燃料１５を第２の燃料に改質する燃料改質反応器１８の燃料改質反応の制御を行う。なお、ここでは、各センサとして一部のものだけを図示しているが、この他にも、スロットル開度センサや、クランク角センサ、吸入空気の温度を測定する吸気温センサ、内燃機関の冷却水の水温センサ、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサなどの一般的なセンサはすべて設けられており、それらによる検出信号もエンジン制御ユニット２８に入力されるものとする。
【００３９】
エンジン制御ユニット２８は、燃焼モード判定部と、混合比判定部と、第２燃料比率低減部と、ノッキング判定部と、第２燃料消費抑制部と、第２燃料消費速度演算部と、燃料改質量制御部とを含んでいる。これらについて以下に説明する。
燃焼モード判定部は、エンジン回転数センサ５とアクセルポジションセンサ２６から構成される運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、第１の燃料１５のみを噴射するか、あるいは、第１の燃料１５と第２の燃料とを噴射するかを判定する。
混合比判定部（図１０のステップＳ１０２，Ｓ１０３）は、燃焼モード判定部が、第１の燃料１５と第２の燃料とを噴射すると判定したときに、運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、第１の燃料１５に対する第２の燃料の混合比率を決定する。
第２燃料比率低減部（図１０のステップＳ１０４）は、混合比判定部で決定された混合比率よりも所定比率（α％）だけ第２の燃料の混合比率を下げる。
ノッキング判定部（図１０のステップ１０５，１０６）は、第２燃料比率低減部によって第２の燃料の混合比率を下げた状態での燃焼状態センサ１２の検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定する。
第２燃料消費抑制部（図１０のステップＳ１０６、Ｓ１０７）は、ノッキング判定部でノッキング発生有りと判定された場合は、第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、一方、ノッキング判定部でノッキング発生無しと判定された場合は、第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする。
第２燃料消費速度演算部（図１４のステップＳ１４０１）は、第２燃料消費抑制部から出力される第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて第２の燃料の消費速度を演算する。
燃料改質量制御部（図１４のステップＳ１４０２〜Ｓ１４０８）は、第２燃料消費量演算で演算された第２の燃料の消費速度と燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、第２の燃料の生成量を制御する。
【００４０】
エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部（図１４のステップＳ１４０２〜Ｓ１４０８）は、内燃機関の冷却水または排気ガスの排熱との熱交換により燃料改質反応器１８の改質反応温度を制御し、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を制御する。
【００４１】
エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部（図１４のステップＳ１４０２〜Ｓ１４０８）は、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度が、第２燃料消費量演算部で演算された第２の燃料の消費量に基づく消費速度と等しくするように、燃料改質反応器１８の改質反応温度を制御し、第２の燃料の生成速度を制御する。
【００４２】
また、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部（図１４のステップＳ１４０２〜Ｓ１４０８）は、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の上限値を超えた場合には、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を第２の燃料の消費速度よりも小さくし、一方、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の下限値より低下した場合には、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を第２の燃料の消費速度よりも大きくする。
【００４３】
図２は、第１の燃料１５と高アンチノック性の第２の燃料の熱発生率挙動を示したものである。図２の横軸はクランク軸、縦軸は熱発生率を示す。図２は、３種類の燃料を使用して予混合圧縮着火燃焼でエンジンを運転した場合の熱発生率挙動を示している。図２において、３７は第１の燃料１５を使用した場合の熱発生率挙動を示し、３８は第２の燃料を使用した場合の熱発生率挙動を示し、３９は、第１の燃料と第２の燃料との混合燃料を使用した場合の熱発生率挙動を示す。
【００４４】
図２に示すように、熱発生率挙動３７は、第１の燃料使用時の燃焼挙動であり、早いクランクタイミングで燃焼が完了している。熱発生率挙動３８は、高アンチノック性の第２の燃料を使った場合の燃焼挙動であり、熱発生率挙動３７と比べて、燃焼開始タイミングが大きく遅延している。
【００４５】
低負荷運転状態では予混合気の空燃比はリーンであり、熱発生率挙動３７に示す早期着火、高速燃焼でも筒内圧力上昇はノッキング発生限界以内に抑えられている。しかし、高負荷運転状態に移行すると、燃料噴射量増加による空燃比リッチ化により燃焼速度はノッキング発生限界を超えてしまう。このときに、高アンチノック性の第２の燃料を第１の燃料に混合すると、当該混合燃料の熱発生率挙動は、熱発生率挙動３８と熱発生率挙動３７とを合成した図２の熱発生率挙動３９の特性を示す。
【００４６】
熱発生率挙動３９の特性は、着火性能は第１の燃料と同様であるが、燃焼速度は遅く、燃焼期間も長くなっていることを示している。したがって、この混合燃料は、高負荷運転状態で噴射してもノッキングは起こらず安定した燃焼を実現することができる。
【００４７】
図３に、第１の燃料を使用した場合と、第１の燃料に第２の燃料を混合した混合燃料を使用した場合との、高負荷運転状態におけるエンジン筒内１の筒内圧力またはイオン電流波形挙動を示す。なお、エンジン筒内１の筒内圧力またはイオン電流は、燃焼状態センサ１２により検出される。図３は、横軸をクランク角度、縦軸にエンジン筒内圧力（またはイオン電流）をとった指圧線図である。図３において、４１は第１の燃料を使用した場合の指圧線図であり、着火直後の最大圧力が高く、膨張行程前期で高周波振動波形４３に示すように、ノッキングが発生している。４２は混合燃料を使用した場合の指圧線図であり、着火直後の圧力上昇は緩慢で、最高圧力は低く、燃焼期間は長くなっている。そのため、４１と４２はほぼ同じ出力でありながら、４２はノッキングを起こさない安定燃焼を実現していることがわかる。図３に示す、エンジン筒内圧力挙動（またはイオン電流波形）は、燃焼状態センサ１２によって検出される信号であり、エンジン制御ユニット２８においてノッキング発生の有無を燃焼状態として判定される。
【００４８】
図４は、本願発明の内燃機関の燃料制御装置の動作領域を示している。図４（ａ）は、エンジン回転数を横軸に、出力トルク（実出力トルク）を縦軸にとっており、ライン４８は、最高出力トルクを示している。ここでは、エンジン負荷の領域を、エンジン回転数センサ５で検出したエンジン回転数と出力トルクとから決定する。実出力トルクは、上述した通りの算出方法のいずれかを用いて算出して求める。領域４７は低負荷運転領域であり、噴射燃料が少なく、燃焼温度も低くなる。領域４７では、内部ＥＧＲによる混合気温度の昇温効果が得られず、予混合圧縮着火燃焼が実現できない。領域４６では、領域４７よりもエンジン負荷が大きくなり、内部ＥＧＲ温度も昇温し、予混合圧縮着火燃焼が実現できる領域である。
【００４９】
高負荷運転領域である領域４９では、混合気温度と燃料濃度がさらに高くなるために、燃焼速度が大きくなり、第１の燃料のみを噴射した場合にはノッキングが発生する。この領域では、第１の燃料に、高アンチノック性が高い第２の燃料を混合してノッキングを抑制する。第１の燃料と第２の燃料の混合比率は、図４（ｂ）の表に示すように、領域４９の低負荷側から高負荷側に向かって、例えば、１．０：０．２から１．０：１．０まで増加させることにより、最高出力トルク４８近傍まで、予混合圧縮着火燃焼領域を拡大することができる。なお、図４（ａ），（ｂ）に示す例では、領域４９を、さらに５つの領域（イ），（ロ），（ハ），（ニ），（ホ）に区分しており、（イ）が最も高負荷側の領域で、（ホ）が最も低負荷側の領域となっている。（イ）の領域の第１の燃料と第２の燃料の混合比率は、１．０：１．０で、（ホ）の領域の第１の燃料と第２の燃料の混合比率は、１．０：０．２となっている。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態１に係るインジェクタ１０の構造を示す図である。図５に示すように、インジェクタ１０は、燃料供給口５１、バネ５２、バルブシート５３、ニードルバルブ５４、電磁コイル５５、スワーラーチップ５６、円筒形流路５７、噴口５８、逆止弁５９、第２の燃料制御弁５０とから構成されている。
【００５１】
図５の構成において、高圧ポンプ１７（図１参照）によって加圧された第１の燃料１５は燃料供給口５１を経て矢印に示すようにインジェクタ１０内へ圧送される。燃料噴射は、バルブシート５３にニードルバルブ５４をバネ５２によって押し付けることによって遮断されている。燃料噴射は、電磁コイル５５に通電することで発生する電磁力によりニードルバルブ５４が引き戻され、バルブシート５３との間に隙間ができることで開始される。
【００５２】
バルブシート５３の直上に設置されるスワーラーチップ５６は多角柱の部品であり（後述する図６参照）、インジェクタ１０内の円筒形流路５７内に、当該円筒形流路５７の内壁にスワーラーチップ５６の全頂角が接するように設置されている。スワーラーチップ５６の中心には穴（図６の符号６０）が設けられており、当該穴によりニードルバルブ５４の上下動作のガイドの役目もはたしている。第１の燃料は燃料供給口５１を経て流入し、スワーラーチップ５６の多角柱各側面と円筒形流路５７の内壁面とで構成される流路を経て、バルブシート５３の上部に導かれる。そして、第１の燃料は、ニードルバルブ５４が引き戻されるバルブ開の状態において、噴口５８を経てエンジン筒内１に噴射される。
【００５３】
一方、アンチノック性の高い第２の燃料は、第２の燃料制御弁５０と、第１の燃料の逆流を防止する逆止弁５９を経て、スワーラーチップ５６の多角柱各側面と円筒形流路５７の内壁面とで構成される流路に導入され、バルブシート５３の上部にて第１の燃料と混合される。なお、スワーラーチップ５６への燃料導入と第１の燃料と第２の燃料の混合についての詳細は図６に示す。
【００５４】
図６は、図５で示した、スワーラーチップ５６周辺の燃料の流れと詳細構造を示すものである。本実施の形態ではスワーラーチップ５６は六角柱としたが、これに限定されるものではなく、多角柱形状であればよい。図６（ｂ）は、円筒形流路５７内に設置された六角柱のスワーラーチップ５６の上面図である。スワーラーチップ５６の中心部の穴６０はニードルバルブ５４のガイドであり、燃料は、スワーラーチップ５６の六角柱の各側面と円筒形流路５７の内壁面とで構成される燃料通路６１，６２，６３，６４，６５，６６に示す流路から流れ込む。
【００５５】
図６（ａ）は、スワーラーチップ５６の下面と燃料の混合方法について示す。スワーラーチップ５６の下面には、図示するように、スワーラーチップ５６の各側面から中心部の穴６０まで延びた溝６８が設けられている。但し、各溝６８は、穴６０の中心に向かってまっすぐに径方向に延びておらず、穴６０の中心に対して若干オフセットして形成されている（すなわち、各溝６８は、スワーラーチップ５６の各側面の下端の辺に対して垂直でなく、当該辺に対して９０°以外の所定の角度を有するように形成されている）。このとき、たとえば燃料流路６４から流れ込んできた燃料流れ６７はスワーラーチップ５６の下面に設けられた溝６８を流れてバルブシート５３（図５参照）の上面に導入される。このとき、燃料流路となる溝６８は、バルブシート５３に設けられた噴口５８の中心方向に向かず、若干オフセットしているので、流れこんできた燃料は、バルブシート５３の上面で旋回する。同様に、他の燃料通路６１〜６３，６５〜６６から流入する燃料も、それぞれ、バルブシート５３の上面で旋回しながら噴口５８に流入するため、ここで均質に混合される。
【００５６】
図７は、バルブシート５３上流の燃料の動作を示している。図７の斜視図および図５の断面図に示すように、バルブシート５３の上面は、すりばち状（テーパ状）に中心部に向かって徐々に低くなるように形成されている。図６に示した燃料通路６１〜６６から流れ込んできた燃料は、図７の矢印７１〜７６で示すような流れとなり、バルブシート５３の上流で、すりばち状の表面に沿って、ニードルバルブ５４の周りを旋回しながら、噴口５８に流れ込んでいき、噴口５８を経てエンジン筒内１に噴射される。このとき、たとえば、第１の燃料の流路を図６に示す燃料通路６１，６３，６５とし、第２の燃料流路を図６に示す燃料通路６２，６４，６６として、第１の燃料の燃料通路と第２の燃料の燃料通路とが交互になるように設定すれば、燃料の均質混合がより一層促進される。
【００５７】
図８に、第１の燃料と第２の燃料の供給を制御するインジェクタ１０の弁駆動信号を示す。８１は第１の燃料と第２の燃料の混合燃料の噴射を制御するニードルバルブ５４の弁駆動信号を示し、８２は第２の燃料の供給を制御する制御弁５０の弁駆動信号を示したものである。図８において、ａ，ｂは、それぞれ、ニードルバルブ５４及び制御弁５０が開いて燃料が供給されている開弁期間（msec）を示している。
【００５８】
このとき、第１の燃料の噴射量Ａ（mg）および第２の燃料の噴射量Ｂ（mg）は、下式（１）と式（２）からそれぞれ求められる。
【００５９】
Ａ＝ｂ×ｒｉ／２＋（ａ−ｂ）×ｒｉ＝（ａ−ｂ／２）×ｒｉ      （１）
【００６０】
Ｂ＝ｂ×ｒｉ／２                                              （２）
【００６１】
ここで、ｒｉは噴口７８からの燃料噴射率（mg／msec）である。第１の燃料と第２の燃料の燃料供給圧力は一定値に設定しているので、第１の燃料と第２の燃料を同時に噴射するタイミングでは燃料噴射率はそれぞれｒｉ／２（mg／msec）となる。したがって第１の燃料と第２の燃料の総噴射量Ｔinjは下式（３）で示される。
【００６２】
Ｔinj＝Ａ＋Ｂ＝ａ×ｒｉ                  （３）
【００６３】
次に、第２の燃料の混合割合Ｃは、下式（４）に基づいて決められるので、ａとｂの期間を調整することによって目標混合割合に設定する。
【００６４】
Ｃ＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ）＝ｂ／（２×ａ）      （４）
【００６５】
第１の燃料に対する第２の燃料の混合割合を燃焼状態に基づいて制御し、ノッキングが起こらず、かつ、第２の燃料の消費を最低限に抑える方法について説明する。
【００６６】
図９は、図４に示した領域４９における第１の燃料と第２の燃料の混合割合を制御する制御領域を示している。図９において、横軸はエンジン回転数、縦軸は出力トルク（実出力トルク）を示す。ここでは、領域４９を、たとえば、負荷方向に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の３分割、回転数方向に（１）〜（９）の９分割、のべ２７分割にしている。この領域分割については、混合割合が大きく変化する領域では分割数を増加したり、変化の小さな領域では分割数を減らすことも可能である。ここで示す、２７個のそれぞれの領域には、第１の燃料と第２の燃料の混合割合が、１．０：１．０から１．０：０．０の範囲で、初期設定値として与えられている（混合割合については、図４で説明した通りであるが、図４では、負荷方向に５分割した例を示し、図９では負荷方向に３分割し、さらに回転数方向に９分割した例を示しているので、図４（ｂ）の表を参照しながら、適宜、図９の２７分割用に混合割合の数値を修正して初期設定値として与えるものとする）。このように、図９のテーブルを用いれば、エンジン回転数と出力トルクの値から、現在の運転状態がどの領域に入るのかを一意に決定することができ、さらに、それにより、各領域ごとに初期設定値として予め設定されている混合割合（混合比率）の値を、混合割合の初期設定値として求めることができる。
【００６７】
本発明の燃料制御装置のエンジン制御ユニット２８による制御のフローチャートを図１０に示す。このフローは、エンジンの運転状態が領域４９に入った時点で実行される。従って、このフローを実行する前に、エンジン制御ユニット２８は、エンジン回転数センサ５とアクセルポジションセンサ２６との検出結果に基づいて、エンジン負荷の状態を検出し、燃焼モード判定部により、エンジン負荷検出結果に基づいて、第１の燃料１５のみをインジェクタ１０から噴射するか、あるいは、第１の燃料１５と第２の燃料との混合燃料をインジェクタ１０から噴射するかを判定する。すなわち、エンジン負荷の状態が領域４９に入っていれば、第１の燃料１５と第２の燃料との混合燃料をインジェクタ１０から噴射するために図１０のフローを実行し、それ以外の領域の場合には、第１の燃料１５のみを噴射するため、図１０のフローは実行しない。
【００６８】
図１０のフローにおいて、まず、ステップ１０１では、エンジン制御ユニット２８の混合比判定部により、エンジン回転数と出力トルクの値に基づいて、領域４９に含まれる複数の領域の中から現在の運転領域を判定する。本実施の形態では、領域４９が、図９に示すように、２７領域に分割されており、それぞれの分割領域に対応して、後述するステップＳ１０２〜Ｓ１０７のプログラムが同等に実行される。ここでは、ステップＳ１０１の判定により、領域（Ｂ）（５）であると判定されたことにして、以下説明する。ステップＳ１０２は、各領域に対して実行されるプログラムの先頭のステップである。ステップＳ１０２では、混合比判定部は、当該運転領域に以前にも入ったことがあり、混合割合の初期設定値がすでに学習されたものか否かを判定し、そうであればステップＳ１０４に進み、この運転領域に入るのが初めてであれば、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３においては、当該運転領域の混合割合の初期設定値として、図４に示すそれぞれの運転状態における混合割合を入力設定する。ステップＳ１０４では、エンジン制御ユニット２８の第２燃料比率低減部が、第２の燃料の混合割合を、初期設定値に対して、α％だけ減少する。本実施の形態においては、α％の値は、現時点の第２の燃料の混合割合に対して１／５程度としている。たとえば、混合割合が２０％であればα＝４％と設定する。ただし、この値はエンジンの基本特性や燃焼状態検出装置の検出精度などに応じて適宜設定されるものである。ステップＳ１０５では、エンジン制御ユニット２８のノッキング判定部が、第２の燃料の混合割合を低減した状態でノッキング発生の有無の判定を行う。ノッキング判定のためには、燃焼状態センサ１２によりエンジンの燃焼状態を検出し、当該検出信号に基づき、ｎサイクルでの発生有無を計測する。本実施の形態では、ｎ＝１００としている。ステップＳ１０６で、ｎサイクルの間でノッキングが発生したと判断されれば、ステップＳ１０７で、エンジン制御ユニット２８の第２燃料消費抑制部により、ノッキングが発生する前の混合割合になるようにα％増加される。一方、ステップＳ１０６で、ノッキングが発生していないと判断されれば、α％減少のまま、学習設定値として記憶される。このように領域４９の運転状態では、つねに全運転領域の混合割合学習を継続的に実行し、第２の燃料の消費量の削減を達成する。
【００６９】
なお、図１０のフローにおいては、ステップＳ１０７で、α％を加算してノッキングが発生する前の元の混合割合の値に戻す例について記載されているが、例えば、α％よりも小さいβ％（α＞β）をステップＳ１０７で加算し、その状態で、ステップＳ１０６に戻り、ノッキングが発生するか否かを判定し、ノックが発生していたら、ステップＳ１０７で再度β％を加算し、その状態で、ステップＳ１０６に戻り、ノッキングが発生するか否かを判定し、ノックが発生していたら、ステップＳ１０７で再度β％を加算し、という処理を繰り返すフィードバック制御により、ノッキングが発生しない限界まで第２の燃料の混合比率を下げるようにしてもよい。
【００７０】
図１１は、第１の燃料を脱水素環化反応によって第２の燃料に改質する燃料改質反応器１８の内部構造を示している。第１の燃料は、図１に示した燃料タンク３４から燃料ポンプ１６によって燃料配管１３に汲み上げられ、燃料配管１３の途中から分岐されて、流量制御弁２１で流入量を制御されつつ、図中左下の燃料導入口１１５から、燃料改質反応器１８内に供給される。１１１と１１２は、多数の貫通孔を設けた金属製のプレートであり、燃料改質反応器１８内にそれぞれ平行に設置される。プレート１１１とプレート１１２の間には一定の空間を持たせて、その中に、燃料改質触媒１１３と温度センサ２２、さらに、排気ガスまたは冷却水を熱源とする熱交換器２４を設置する。また、１１４は排気ガスまたは冷却水の温度を計測する温度センサである。これら、プレート１１１、プレート１１２、改質触媒１１３、熱交換器２４、そして温度センサ２２から構成される触媒ユニットは、燃料改質反応器１８内で斜めに設置され、第１の燃料と燃料改質触媒１１３との接触面積をできるだけ広くしている。当該構成により、燃料改質反応器１８の内部で、第１の燃料は、燃料改質触媒１１３により脱水素環化反応されて改質され第２の燃料となって、燃料導出口１１６から燃料配管１４に供給される。
【００７１】
図１２の１２１は、図１１に示した燃料改質反応器１８の改質反応器温度と燃料改質率の関係である燃料改質特性を示している。図１２の横軸に示す改質反応器温度は、温度センサ２２によって計測された改質反応器１８内の温度の値であり、脱水素環化反応をおこなう燃料改質触媒１１３の平均温度である。燃料改質特性１２１は、改質反応器温度が高くなるほど燃料改質率が高くなる特性を示している。
【００７２】
第２の燃料の使用量は、エンジンの運転中に負荷状況に応じて常に変化するので、運転中に第２の燃料の過不足を起こさないような燃料改質率を維持するように、改質反応器温度を調整する必要がある。さらに、燃料改質反応器１８への燃料供給量は、上記第２の燃料の使用量に相当する第１の燃料の供給量を、流量制御弁２１によって制御する。
【００７３】
図１３は、改質反応器温度と排気ガスまたは冷却水制御弁開度の関係を示している。図１３の１３１，１３２，１３３，１３４は、熱交換器２４に流入する排気ガスまたは冷却水の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に対する特性である。ここで、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は熱交換器２４に設けられた温度センサ１１４によって計測された値である。
【００７４】
燃料改質率に相関する燃料改質反応器１８の改質反応器温度を制御するためには、排気ガスまたは冷却水の温度に対応して流量制御弁２５の開度を設定することが必要である。
【００７５】
本発明に関わる燃料制御フローチャートを図１４に示す。本フローは、エンジン制御ユニット２８の第２燃料消費速度演算部と燃料改質量制御部によって実行されるもので、燃料消費量に応じた第２の燃料の改質生成を実現しつつ、燃料貯蔵タンク２０の第２の燃料の貯蔵量を適正な範囲で収めるための制御を実現するものである。まず、ステップＳ１４０１では、エンジン制御ユニット２８の第２燃料消費速度演算部により、現在の運転領域における燃料消費量と第１の燃料と第２の燃料との混合割合とから第２の燃料の燃料消費率を計算する。ステップＳ１４０２では、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、ステップＳ１４０１で計算した第２の燃料の燃料消費率に相当する燃料改質率を達成するための改質反応器温度を図１２に基づいて求める。
【００７６】
ステップＳ１４０３では、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、改質反応器１８内の温度をステップＳ１４０２で求めた温度に制御する。改質反応器温度の調整には、排気ガスまたは冷却水を使い、図１３で説明した通り、熱交換に流入する前の排気ガスまたは冷却水温度に基づいて流量制御弁開度を調整する。これにより熱交換器２４に流入する熱量と改質反応器温度が制御される。
【００７７】
ステップＳ１４０４では、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、燃料改質反応器１８に供給する第１の燃料の流量、すなわち、改質後の第２の燃料供給を流量制御弁２１によって制御する。ここで制御流量は、改質燃料消費率そして、燃料改質率と等しい値とする。
【００７８】
ステップＳ１４０５では、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された設定下限値より多く、同じく予め設定された設定上限値より少ない条件を満たしている適正範囲内であるかどうかを判定する。なお、貯蔵タンク１９内の貯蔵量は残量計２３によって計測される。貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が適正範囲内であれば、そのまま処理を終了する。
【００７９】
一方、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が適正範囲内でなければ、ステップＳ１４０６に進み、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、設定下限値より少ないかどうかを判定する。設定下限値よりも貯蔵量が少なければ、改質燃料の生成量を多くする必要がある。そのため、ステップＳ１４０７に進み、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、改質燃料消費率を、ステップＳ１４０１で計算したよりも大きな値に変更する。本実施の形態では、改質燃料消費率を（１．０＋Ｉ）倍している。ここで、Ｉをたとえば、０．２とすれば、１．２倍することになり、改質燃料生成量を２０％増加することになり、余剰燃料は貯蔵タンク１９に蓄えられる。
【００８０】
逆に、貯蔵量が設定上限値を超過している場合には、ステップＳ１４０８で、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部により、改質燃料消費率を（１．０−Ｉ）倍している。ここで、ステップＳ１４０７と同様にＩをたとえば、０．２とすれば、０．８倍することになり、改質燃料生成量は２０％減少することになる。その結果、不足燃料分は貯蔵量を消費していくことになる。以上のフローにより、燃料貯蔵量は、設定上限値と設定下限値の間の適正範囲内の貯蔵量を維持していくことができる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態によれば、内燃機関に供給する第１の燃料１５を脱水素環化反応によって改質することにより、第１の燃料１５よりもノッキングが発生しにくいアンチノック性を有する第２の燃料を生成する燃料改質反応器１８と、内燃機関のエンジン筒内に第１および第２の燃料を同じ位置から直接噴射するインジェクタ１０と、内燃機関の運転状態を検出し、エンジン負荷検出結果を出力する運転状態検出装置としてのエンジン回転数センサ５及びアクセルポジションセンサ２６と、内燃機関のエンジン筒内の燃焼状態を検出する筒内燃焼状態検出装置としての燃焼状態センサ１２と、エンジン回転数センサ５、アクセルポジションセンサ２６及び燃焼状態センサ１２の検出結果に基づき、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射量と当該燃料における第１の燃料１５と第２の燃料の混合比率とを制御するとともに、燃料改質反応器１８の第２の燃料の生成速度の制御を行う制御装置としてのエンジン制御ユニット２８とを備え、エンジン制御ユニット２８は、エンジン負荷検出結果に基づき、第１の燃料１５のみを噴射するか、あるいは、第１の燃料１５と第２の燃料とを噴射するかを、判定する燃焼モード判定部と、燃焼モード判定部が第１の燃料１５と第２の燃料とを噴射すると判定したときに、運転状態検出装置のエンジン負荷検出結果に基づき、第１の燃料１５に対する第２の燃料の混合比率を決定する混合比判定部と、混合比判定部で決定された混合比率よりも所定比率（α％）だけ第２の燃料の混合比率を下げる第２燃料比率低減部と、第２燃料比率低減部によって第２の燃料の混合比率を下げた状態での燃焼状態センサ１２の検出結果に基づき、エンジンのノッキング発生の有無を判定するノッキング判定部と、ノッキング判定部でノッキング発生有りと判定された場合は、第２の燃料の混合比率を下げる前の元の値に戻し、ノッキング判定部でノッキング発生無しと判定された場合は、第２の燃料の混合比率を現在の値のままとする、第２燃料消費抑制部と、第２燃料消費抑制部から出力される第２の燃料の混合比率と現在の運転状態における燃料消費量とに基づいて第２の燃料の消費速度を演算する第２燃料消費速度演算部と、第２燃料消費速度演算部で演算された第２の燃料の消費速度と燃料改質装置による第２の燃料の生成速度とが等しくなるように、第２の燃料の生成速度を制御する燃料改質量制御部とを含んでいる。当該構成により、エンジン筒内の燃焼状態を検出しつつ、芳香族成分の含有量が多い高アンチノック性燃料の混合量を調整することによりそれぞれの運転状態においてノッキングを発生しない予混合圧縮着火燃焼実現することができる。また、高アンチノック性燃料への改質量を最小化できるので、燃料改質積算量に応じて進行する改質触媒の劣化を最低限に抑制することができる。
【００８２】
また、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部が、内燃機関の冷却水または排気ガスの排熱との熱交換により燃料改質反応器１８の改質反応温度を制御し、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を制御するようにしたので、改質反応器の温度を、冷却水または排気ガスによって加熱昇温することができるので、反応器温度に応じて変化する改質燃料生成量を制御することができる。
【００８３】
また、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部は、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度が、第２燃料消費量演算部で演算された第２の燃料の消費速度と等しくなるように、燃料改質反応器１８の改質反応温度を制御し、第２の燃料の生成速度を制御するようにしたので、運転状態によって変化する第２の燃料の消費速度（消費量）をインジェクタ１０から噴射される第１の燃料との比率によって算出することができるので、反応容器温度を制御することによって第２の燃料の消費量と同等量を生成することができる。
【００８４】
さらに、エンジン制御ユニット２８の燃料改質量制御部は、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の上限値を超えた場合には、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を第２の燃料の消費速度よりも小さくし、貯蔵タンク１９に貯蔵された第２の燃料の貯蔵量が、予め設定された貯蔵量の下限値より低下した場合には、燃料改質反応器１８による第２の燃料の生成速度を第２の燃料の消費速度よりも大きくするようにしたので、燃料改質反応器１８の下流に設けた第２の燃料の貯蔵タンク１９の貯蔵量を予め設定した範囲内にしておくことができるので、第２の燃料の不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、第２の燃料の過剰生成による改質触媒の劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  エンジン筒内、２  ピストン、３  コネクティングロッド、４  クランクシャフト、５  エンジン回転センサ、６  吸気弁、７  排気弁、１０  インジェクタ、１１  燃料噴射、１３  （第１の燃料の）燃料配管、１４  （第２の燃料の）燃料配管、１５  第１の燃料、１６  燃料ポンプ、１７  （第１の燃料の）高圧ポンプ、１８  燃料改質反応器、１９  貯蔵タンク、２０  （第２の燃料の）高圧ポンプ、２１  流量制御弁、２４  熱交換器、２５  流量制御弁、２６  アクセルポジションセンサ、２７  三元触媒、２８  エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、２９  スロットルバルブ、３０  スロットルアクチュエータ、３１  配管、３２  吸気管、３３  排気管、５１  燃料供給口、５２  バネ、５３  バルブシート、５４  ニードルバルブ、５６  スワーラーチップ、５７  円筒形流路、５８  噴口、５９  逆止弁、６０  穴、６１，６２，６３，６４，６５，６６  燃料通路、６８  溝。
【要約】
【課題】高アンチノック性燃料である第２の燃料を内燃機関が必要とする適正量供給し、高アンチノック性燃料不足による予混合圧縮着火燃焼の中断や、過剰生成による触媒の劣化を抑制する。
【解決手段】エンジン負荷検出結果に基づいて、第１の燃料であるガソリンに対する高アンチノック性燃料の第２の燃料の混合比率の初期設定値を求め、その値から所定比率分だけ下げた混合比率でのノッキング発生の有無を判定し、ノッキングが発生していなければ、そのままの混合比率とし、ノッキングが発生していた場合には、元の混合比率の値に戻すように制御して、ノッキング発生限界まで第２の燃料の混合比率を下げる。また、その混合率で第２の燃料の消費速度を求め、第２の燃料の生成速度を制御する。
【選択図】図１０【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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