(57)【要約】【課題】別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段を用いずとも燃料改質装置に空気を供給すること【解決手段】供給された所定の燃料と空気の混合気を燃料改質触媒５１ｂで改質反応させて改質ガスの生成を行う燃料改質装置５０と、各気筒１１ａ〜１１ｄに主燃料を供給する主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと、を備え、その改質ガスと主燃料の内の少なくとも一方を燃料にして運転可能な内燃機関１において、各気筒１１ａ〜１１ｄの内の一部の気筒（第１気筒１１ａ）の筒内ガスを燃料改質装置５０に供給可能な筒内ガス供給装置５４と、この筒内ガス供給装置５４を作動させて前記一部の気筒の燃焼室内と燃料改質装置５０とを連通させ、且つ、主燃料噴射装置（第１主燃料噴射装置３０ａ）を制御して当該一部の気筒への主燃料の供給を停止させる制御手段（電子制御装置７０）と、を設けること。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された所定の燃料と空気の混合気を燃料改質触媒で改質反応させて改質ガスの生成を行う燃料改質装置と、各気筒に主燃料を供給する主燃料噴射装置と、を備え、前記改質ガスと前記主燃料の内の少なくとも一方を燃料にして運転可能な内燃機関において、
前記各気筒の内の一部の気筒の筒内ガスを前記燃料改質装置に供給可能な筒内ガス供給装置と、該筒内ガス供給装置を作動させて前記一部の気筒の燃焼室内と前記燃料改質装置とを連通させ、且つ、前記主燃料噴射装置を制御して当該一部の気筒への主燃料の供給を停止させる制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、前記一部の気筒から排出された筒内ガスの前記燃料改質装置への供給時期及び供給時間に同期させて前記所定の燃料を当該燃料改質装置に供給させるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記筒内ガス供給装置は、前記一部の気筒への主燃料の供給停止時に当該一部の気筒から排出された筒内ガスを所定量貯留し、該貯留された筒内ガスを前記燃料改質装置に供給させる筒内ガス貯留手段を備えた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】
前記制御手段は、前記一部の気筒から排出された筒内ガスを前記筒内ガス貯留手段に予め貯留させるよう構成したことを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、前記一部の気筒への主燃料の供給を停止させ且つ前記筒内ガス供給装置を作動させる際に、該一部の気筒でバルブオーバーラップ期間を無くすべく吸気バルブと排気バルブを制御するよう構成したことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の内燃機関。
【請求項６】
供給された所定の燃料と空気の混合気を燃料改質触媒で改質反応させて改質ガスの生成を行う燃料改質装置を備え、該改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関において、
コンプレッサを所望の回転数で回転させて過給圧の上昇を図る過給補助モータを備えた電動アシスト機能付き排気ターボ過給機と、該電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気の一部を前記燃料改質装置に供給する空気供給装置と、を設けたことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記空気供給装置は、
前記燃料改質装置と前記電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気を燃焼室に向けて導く過給空気供給通路とを連通させる過給空気バイパス通路と、
前記過給空気供給通路における前記過給空気バイパス通路との接続部分よりも下流側と前記コンプレッサの入口側の吸気通路とを連通させる吸入空気バイパス通路と、
低中負荷運転領域のときに前記過給空気供給通路における前記吸入空気バイパス通路への分岐点よりも下流側と当該吸入空気バイパス通路とを連通させると共にこれらと当該過給空気供給通路における前記分岐点よりも上流側とを遮断させる第１状態へと切り替える一方、高負荷運転領域のときに前記過給空気供給通路における前記分岐点よりも上流側と下流側とを連通させると共にこれらと前記吸入空気バイパス通路とを遮断させる第２状態へと切り替える過給空気流路切替手段と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料等の所定の燃料を改質して生成した改質燃料で運転可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃焼室に供給し、その改質ガスで運転することによって排気ガス中のＨＣ成分等の有害成分の低減を図る内燃機関が知られている。例えば、この種の内燃機関としては、炭化水素系燃料と空気の混合気を燃料改質装置に供給して高温の改質触媒で改質反応させ、これにより生成された水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを吸気経路に供給して燃焼室で燃焼させるものが下記の特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９２０３号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１２７３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、燃料改質装置においては、炭化水素系燃料の存在は当然のことながら空気（酸素）も存在しなければ改質反応が起こらず、改質ガスを生成することができない。従って、燃料改質装置を具備する従来の内燃機関においては、改質反応させる際にエアポンプ等の空気供給手段を用いて燃料改質装置に空気を供給している。
【０００５】
しかしながら、この従来の内燃機関においては、別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段を配備しており、部品点数が増加するので、原価を増加させるのみならず、エンジンコンパートメントへの搭載性の悪化や故障等に対する信頼性の悪化をも招いてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、そのような別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段を用いずとも燃料改質装置に空気を供給することが可能な内燃機関を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、供給された所定の燃料と空気の混合気を燃料改質触媒で改質反応させて改質ガスの生成を行う燃料改質装置と、各気筒に主燃料を供給する主燃料噴射装置と、を備え、その改質ガスと主燃料の内の少なくとも一方を燃料にして運転可能な内燃機関において、各気筒の内の一部の気筒の筒内ガスを燃料改質装置に供給可能な筒内ガス供給装置と、この筒内ガス供給装置を作動させて前記一部の気筒の燃焼室内と燃料改質装置とを連通させ、且つ、主燃料噴射装置を制御して当該一部の気筒への主燃料の供給を停止させる制御手段と、を設けている。
【０００８】
この請求項１記載の内燃機関においては、その一部の気筒の筒内ガスを空気のみにすることができ、排気行程のときにこれを燃料改質装置に供給することができる。即ち、この内燃機関においては、その一部の気筒を燃料改質装置のエアポンプとして作動させることができる。従って、この内燃機関は、別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段を設けずとも燃料改質装置への空気の供給が可能になり、その空気を利用して改質ガスを生成することができる。
【０００９】
ここで、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関において、その一部の気筒から排出された筒内ガスの燃料改質装置への供給時期及び供給時間に同期させて所定の燃料を当該燃料改質装置に供給させるよう制御手段を構成している。
【００１０】
この請求項２記載の内燃機関においては、所定の燃料（炭化水素系燃料）又は空気の何れか一方のみが燃料改質装置に供給され、これが改質反応されずにそのまま燃焼室に供給されてしまう、という不都合を回避することができる。また、この内燃機関においては、その所定の燃料又は空気の何れか一方が必要以上に多く燃料改質装置に供給され、その内の余った何れかが改質反応されずにそのまま燃焼室に供給されてしまう、という不都合も回避することができる。従って、この内燃機関においては、その所定の燃料と空気からなる混合気を改質反応が可能になる適正な空燃比に制御して、適切に改質ガスを生成することができる。
【００１１】
また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２に記載の内燃機関において、その一部の気筒への主燃料の供給停止時に当該一部の気筒から排出された筒内ガスを所定量貯留し、この貯留された筒内ガスを燃料改質装置に供給させる筒内ガス貯留手段を筒内ガス供給装置に備えている。
【００１２】
この請求項３記載の内燃機関においては、エアポンプとして作動している一部の気筒の空気の吐出時期に影響されることなく、筒内ガス貯留手段から燃料改質装置に適正な量の空気を連続的に供給することができる。従って、この内燃機関によれば、その所定の燃料と空気からなる混合気の空燃比を変動させることなく適切に制御することができるので、適切な量の改質ガスを適切な時期に生成させることができる。
【００１３】
また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項３記載の内燃機関において、その一部の気筒から排出された筒内ガスを筒内ガス貯留手段に予め貯留させるよう制御手段を構成している。
【００１４】
この請求項４記載の内燃機関においては、その一部の気筒から空気が排出されるのを待つことなく、また、その一部の気筒から排出された空気が筒内ガス貯留手段に貯留されるのを待つことなく、改質ガスの生成が必要なときに即座に燃料改質装置へと空気を供給することができる。従って、この内燃機関によれば、直ぐに改質ガスを生成し、これを燃料にして運転することができるので、排気浄化装置の早期活性化が可能になる。更に、この内燃機関においては、機関始動時に空気の生成や貯留の為の無駄なクランキング時間を無くすことができるので、改質ガスを燃料にする際の機関始動時間の短縮が図れ、また、バッテリの消費電力を抑えることができる。
【００１５】
また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、上記請求項１，２，３又は４に記載の内燃機関において、その一部の気筒への主燃料の供給を停止させ且つ筒内ガス供給装置を作動させる際に、その一部の気筒でバルブオーバーラップ期間を無くすべく吸気バルブと排気バルブの制御を行うよう制御手段を構成している。
【００１６】
この請求項５記載の内燃機関においては、その一部の気筒に吸入された空気の吸気経路への逆流を防ぐことができるので、この一部の気筒がエアポンプとして作動しているときのポンプ効率が向上する。
【００１７】
また、上記目的を達成する為、請求項６記載の発明では、供給された所定の燃料と空気の混合気を燃料改質触媒で改質反応させて改質ガスの生成を行う燃料改質装置を備え、その改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関において、コンプレッサを所望の回転数で回転させて過給圧の上昇を図る過給補助モータを備えた電動アシスト機能付き排気ターボ過給機と、この電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気の一部を燃料改質装置に供給する空気供給装置と、を設けている。
【００１８】
この請求項６記載の内燃機関によれば、別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段を設けずとも、電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気を燃料改質装置に供給して改質ガスを生成することができる。また、この内燃機関には電動アシスト機能付きの排気ターボ過給機が配備されているので、排気ガスによる過給圧が低いときでも、過給補助モータを駆動させることにより過給空気を生成して燃料改質装置に供給することができる。
【００１９】
また、上記目的を達成する為、請求項７記載の発明では、上記請求項６記載の内燃機関において、燃料改質装置と電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気を燃焼室に向けて導く過給空気供給通路とを連通させる過給空気バイパス通路と、過給空気供給通路における過給空気バイパス通路との接続部分よりも下流側とコンプレッサの入口側の吸気通路とを連通させる吸入空気バイパス通路と、低中負荷運転領域のときに過給空気供給通路における吸入空気バイパス通路への分岐点よりも下流側と当該吸入空気バイパス通路とを連通させると共にこれらと当該過給空気供給通路における前記分岐点よりも上流側とを遮断させる第１状態へと切り替える一方、高負荷運転領域のときに過給空気供給通路における前記分岐点よりも上流側と下流側とを連通させると共にこれらと吸入空気バイパス通路とを遮断させる第２状態へと切り替える過給空気流路切替手段と、を空気供給装置に備えている。
【００２０】
この請求項７記載の内燃機関においては、低中負荷運転領域で改質ガスの生成が求められているときに、電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気が燃料改質装置のみに供給され、高負荷運転領域で改質ガスの生成が求められているときに、その過給空気が燃焼室と燃料改質装置に供給される。ここで、低中負荷運転領域においては排気ガスのみで大きな過給圧を発生させ難く、その際に過給空気を燃焼室と燃料改質装置に供給させる為には過給補助モータの駆動力を大きくしなければならないが、この請求項７記載の内燃機関によれば、その過給空気を燃料改質装置のみに供給させるので、過給補助モータの駆動力（過給補助モータへの供給電力）を必要最小限に抑えることができ、バッテリの消費電力の低下が可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る内燃機関は、エアポンプとして作動させた一部の気筒からの空気又は電動アシスト機能付き排気ターボ過給機からの過給空気を燃料改質装置に供給するので、従来のような別個独立した構成のエアポンプ等の如き空気供給手段が不要になる。従って、この内燃機関においては、原価の低減やエンジンコンパートメントへの搭載性の向上を可能にし、且つ、故障等が無い信頼性の高い燃料改質装置の空気供給手段を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明に係る内燃機関の実施例１を図１から図４に基づいて説明する。
【００２４】
図１の符号１は本実施例１の内燃機関を示す。この内燃機関１は、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄを有する機関本体１０と、その第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に外部からの空気を供給する吸気経路２０と、その夫々の燃焼室で燃焼させる主燃料（ここでは、ガソリン等の炭化水素系燃料）を各々噴射する第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと、その夫々の燃焼室から排出された排気ガスを大気へと放出する排気経路４０と、所定の燃料から改質燃料を生成して吸気経路２０へと供給する燃料改質装置５０と、を備えている。その第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄには、図１に示す燃料ポンプ６１と燃料供給通路６２を介して炭化水素系燃料が供給される。
【００２５】
先ず、本実施例１の内燃機関１の吸気経路２０には、外部から空気を吸入して導く吸気通路２１と、その導入した空気から塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、そのスロットルバルブ２４の開度を検出するスロットル開度センサ２６と、そのスロットルバルブ２４で調節された空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に導く吸気マニホルド２７と、が設けられている。ここで例示する吸気マニホルド２７は、吸気通路２１から流入してきた空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄに分流させる分流通路２７ａ〜２７ｄを備えている。
【００２６】
ここで、そのエアフロメータ２３やスロットル開度センサ２６の検出信号は、制御手段たる電子制御装置（ＥＣＵ）７０に送信される。従って、この電子制御装置７０においては、エアフロメータ２３の検出信号に基づいて外部からの吸入空気量が算出され、スロットル開度センサ２６の検出信号に基づいてスロットルバルブ２４の開度が検出される。
【００２７】
更に、その電子制御装置７０は、スロットルバルブアクチュエータ２５に対してスロットルバルブ２４の開弁角度の制御指令を行い、その開弁角度に応じた所望の量の空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室内へと吸入させるべくスロットルバルブ２４を開閉駆動させる。
【００２８】
また、本実施例１にあっては、上述した第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄを機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の吸気ポートに各々配設する。これが為、この内燃機関１においては、その第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄから噴射された主燃料が各吸気ポートで空気と混合され、その夫々の混合気が第１から第４の吸気バルブ１２ａ〜１２ｄの開弁に伴って第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室へと各々吸入される。そして、この内燃機関１においては、その第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の混合気に対して第１から第４の点火プラグ１３ａ〜１３ｄから点火される。ここで、本実施例１の電子制御装置７０は、その第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄの燃料噴射時期等を制御すると共に第１から第４の点火プラグ１３ａ〜１３ｄの点火時期を制御する。尚、その第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄについては、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に夫々直接燃料を噴射させるべく配置してもよい。
【００２９】
この内燃機関１においては、その点火後の筒内ガスが第１から第４の排気バルブ１４ａ〜１４ｄの開弁に伴い、機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の排気ポートを介して排気経路４０へと排出される。本実施例１の排気経路４０は、その夫々の排気ポートに排出された排気ガスを一経路に纏める排気マニホルド４１と、その排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気浄化装置４２と、を備えている。ここで例示する排気マニホルド４１は、その各排気ポートに夫々連通する第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの排気通路４１ａ〜４１ｄと、これら各排気通路４１ａ〜４１ｄの排気ガスを一経路に纏める集合部４１ｅと、を備えている。
【００３０】
ところで、一般に、内燃機関においては、水素を燃焼時の燃料として使用することで、炭化水素系燃料を燃焼させるよりも排気ガス中におけるＣＯ（一酸化炭素）成分，ＣＯ2（二酸化炭素）成分やＨＣ（炭化水素）成分等の有害成分を大幅に低減できることが知られている。これ故、排気浄化装置４２における三元触媒等の排気浄化触媒の床温（以下、「排気浄化触媒担体温度」ともいう。）が活性温度に達していないが為に排気ガス中の有害成分を浄化し難い状況下においては、その有害成分の排出それ自体を抑えることのできる水素による燃焼がエミッション性能を向上させる上で効果的である。そのような状況下としては、機関始動時等の機関冷間時が代表的であるが、一旦活性化された排気浄化装置４２の排気浄化触媒担体温度が例えば軽負荷運転等によって活性温度よりも低くなってしまったときも含まれる。
【００３１】
従って、本実施例１にあっては、その排気浄化装置４２が活性化していない状況下において、上述した燃料改質装置５０で改質燃料としての水素ガスを生成し、これを燃焼時の燃料にして運転が行えるように構成する。本実施例１においては、主燃料と同じ炭化水素系燃料を改質反応させることによって水素ガスを生成させる。この燃料改質装置５０は当該技術分野における周知の構成により構築し得るものであり、例えば、本実施例１にあっては、炭化水素系燃料と酸素の混合気を水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスへと改質し、これが吸気経路２０に供給される以下に示す構成のものを適用する。以下に、本実施例１の燃料改質装置５０について詳述する。
【００３２】
本実施例１の燃料改質装置５０は、炭化水素系燃料と空気（酸素）から水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質手段５１と、この燃料改質手段５１で生成された改質ガスを吸気経路２０側へと導く改質ガス供給路５２と、を備えている。
【００３３】
具体的に、その燃料改質手段５１には、図２に示す如く、炭化水素系燃料と空気（酸素）を混合する混合部５１ａと、その炭化水素系燃料と空気（酸素）の混合気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質触媒５１ｂと、が設けられている。ここで、本実施例１の燃料改質触媒５１ｂとしては、ヒータ等の加熱手段（図示略）を用いて触媒担体を加熱し、その触媒担体を改質反応可能な所定の温度まで昇温させることによって改質反応が始まる所謂電気加熱式の改質触媒を利用する。従って、本実施例１の燃料改質手段５１には、その加熱手段に対して電源（例えば、図２に示す車輌のバッテリ８１）からの電力を供給する電極５１ｃと、この電極５１ｃへの通電／非通電を電子制御装置７０によって切り替えるオンオフ切替スイッチ５１ｄと、が設けられている。尚、その加熱手段としては、バーナー等を使用してもよい。
【００３４】
また、本実施例１の燃料改質装置５０は、上記の混合部５１ａに炭化水素系燃料の供給を行う燃料供給手段５３を備えている。本実施例１の燃料供給手段５３としては、例えば、図１に示す燃料ポンプ６３と燃料供給通路６４を介して供給された炭化水素系燃料を電子制御装置７０の指示により混合部５１ａに噴射させる所謂燃料噴射弁を用いる。尚、その燃料ポンプ６３については、上述した第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄに対して主燃料たる炭化水素系燃料を送出する燃料ポンプ６１と共用化を図ってもよい。
【００３５】
ここで、炭化水素系燃料は、空気（酸素）が無ければ燃料改質触媒５１ｂで改質反応されない。従って、炭化水素系燃料から改質ガスを生成させる為に、この燃料改質装置５０は、空気を混合部５１ａに供給する空気供給手段を備えている。
【００３６】
本実施例１の空気供給手段は、全気筒の内の一部の気筒の筒内ガスを燃料改質装置５０の混合部５１ａに供給可能な筒内ガス供給装置５４と、その一部の気筒に対して空気のみを吸入させるべく制御を行う電子制御装置７０と、で構成する。即ち、本実施例１の空気供給手段は、その一部の気筒をエアポンプ代わりに利用すべく構成したものである。ここでは、第１気筒１１ａをエアポンプとして利用させるべく構成した空気供給手段について例示するが、エアポンプ代わりに利用する対象の気筒としては、その第１気筒１１ａのみに限定するものではなく、また、必ずしも１つの気筒に限られるわけでもない。
【００３７】
本実施例１の筒内ガス供給装置５４は、その第１気筒１１ａの筒内ガスの行き先を混合部５１ａ側又は排気浄化装置４２側に切り替えできるよう構成する。
【００３８】
先ず、この筒内ガス供給装置５４には、その第１気筒１１ａの筒内ガスを混合部５１ａへと導く筒内ガス供給経路が形成されている。ここで例示する筒内ガス供給経路は、第１気筒１１ａの排気ポートと、排気マニホルド４１における第１気筒１１ａの排気通路４１ａと、この排気通路４１ａを混合部５１ａ内に連通させる連通路（以下、「筒内ガス供給通路」という。）５４ａと、で構成する。
【００３９】
また、この筒内ガス供給装置５４には、その排気通路４１ａへと排出された第１気筒１１ａの筒内ガスの流路を筒内ガス供給通路５４ａ又は集合部４１ｅの何れか一方に切り替える筒内ガス流路切替手段５４ｂが設けられている。例えば、この筒内ガス流路切替手段５４ｂとしては、排気通路４１ａと筒内ガス供給通路５４ａを連通させると共にこれらと集合部４１ｅを遮断させる第１状態と、排気通路４１ａと集合部４１ｅを連通させると共にこれらと筒内ガス供給通路５４ａを遮断させる第２状態と、を電子制御装置７０の指示により切り替え可能な所謂三方弁を利用する。その電子制御装置７０は、燃料改質装置５０の作動中に筒内ガス流路切替手段５４ｂを第１状態へと切り替えさせ、燃料改質装置５０の停止中に筒内ガス流路切替手段５４ｂを第２状態へと切り替えさせる。
【００４０】
ここで、本実施例１の電子制御装置７０は、その第１状態へと筒内ガス流路切替手段５４ｂを切り替えることにより第１気筒１１ａの筒内ガスを混合部５１ａに導く。従って、その際の筒内ガスが空気となるように、この電子制御装置７０は、その切り替え時に第１気筒１１ａの第１主燃料噴射装置３０ａを停止させるよう構成する。
【００４１】
このように、本実施例１にあっては、第１気筒１１ａへの主燃料の噴射を停止させ、更に、その第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させることによって、その第１気筒１１ａを燃料改質装置５０のエアポンプとして利用することができる。これが為、この燃料改質装置５０においては、混合部５１ａに燃料が噴射されることによって改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給路５２を介して吸気経路２０側に送られる。
【００４２】
ここで、本実施例１の内燃機関１においては、その改質ガスの生成時に第１気筒１１ａをエアポンプとして利用するので、その第１気筒１１ａに改質ガスが供給されてしまうと、混合部５１ａに供給される空気量が低下して改質ガスの生成量を減少させてしまう。そこで、本実施例１の燃料改質装置５０においては、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄのみに改質ガスが供給されるよう、図１に示す如く、第１気筒１１ａに改質ガス供給手段を設けず、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄにのみ第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄを設ける。これら第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄは、電子制御装置７０の指示によって噴射動作を行う燃料噴射弁であり、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄの夫々の吸気ポート又は第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄの夫々の分流通路２７ｂ〜２７ｄに配設する。
【００４３】
以下に、本実施例１の内燃機関１の動作について図３のフローチャートに基づき説明する。
【００４４】
先ず、本実施例１の電子制御装置７０は、図１に示す排気温センサ４３の検出信号に基づいて、排気浄化装置４２の排気浄化触媒担体温度が所定温度（例えば、排気浄化触媒の活性温度）以上になっているか否か判定する（ステップＳＴ１）。本実施例１にあっては、排気浄化触媒担体温度と略同等の温度である排気浄化触媒通過直後の排気ガスの温度を検出可能な排気温センサ４３を利用するが、その排気浄化触媒担体温度を直接検出できる温度センサを用いてもよい。
【００４５】
ここで、そのステップＳＴ１にて排気浄化触媒担体温度が所定温度に達していなければ、その電子制御装置７０は、燃料改質手段５１のオンオフ切替スイッチ５１ｄを通電側に切り替えて、燃料改質触媒５１ｂを所定温度（ここでは、改質反応可能な活性温度であって、例えば約４００℃）まで上昇させる（ステップＳＴ２）。
【００４６】
しかる後、この電子制御装置７０は、エアポンプとして作動させる一部の気筒（第１気筒１１ａ）の第１主燃料噴射装置３０ａに対して動作停止指示を行い、この第１気筒１１ａへの主燃料の供給を停止させる（ステップＳＴ３）。
【００４７】
尚、そのステップＳＴ２とステップＳＴ３の動作は、何れを先に実行してもよく、また、同時に実行してもよい。
【００４８】
次に、本実施例１の電子制御装置７０は、例えば図１に示すクランク角センサ１５の検出信号に基づいて内燃機関１が始動中であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。そのクランク角センサ１５は、クランクシャフト１６の回転角（以下、「クランク角」という。）を検出可能なセンサであり、電子制御装置７０が機関回転数等を算出する際に利用される。
【００４９】
ここで、この電子制御装置７０は、内燃機関１が始動中でなければ、筒内ガス流路切替手段５４ｂを第１状態へと切り替えて、第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させる（ステップＳＴ５）。そして、この電子制御装置７０は、図示しないスタータを駆動制御してクランキングを実行させる（ステップＳＴ６）。
【００５０】
これにより、全ての気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）が順次動き出し、第１気筒１１ａにおいては、そのクランキングに伴ってピストン（図示略）が上下動すると共に第１吸気バルブ１２ａ及び第１排気バルブ１４ａが夫々の開閉時期に開閉動作を行い、燃焼室内に吸入された空気を排気通路４１ａに排出する。即ち、機関始動前においては、クランキング動作によって第１気筒１１ａをエアポンプとして作動させる。その排出された空気は、筒内ガス供給通路５４ａを介して燃料改質装置５０の混合部５１ａに供給される。尚、機関始動前においては他の気筒（第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ）もエアポンプとして作動するが、これらから排出された空気は排気経路４０を経て外部に放出される。
【００５１】
続いて、この電子制御装置７０は、燃料供給手段５３を駆動制御して燃料改質装置５０の混合部５１ａに炭化水素系燃料を供給させ、燃料改質手段５１において改質ガスを生成させる（ステップＳＴ７）。この改質ガスは、改質ガス供給路５２を介して第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄに送られる。
【００５２】
そこで、この電子制御装置７０は、その第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄと第２から第４の点火プラグ１３ｂ〜１３ｄを駆動制御し、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに改質ガスを供給して点火させる（ステップＳＴ８）。これにより、この内燃機関１は、改質ガスで始動されるので、機関始動時から優れたエミッション性能を確保することができる。しかる後、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ１に戻る。
【００５３】
一方、上記ステップＳＴ４の判定時点において内燃機関１が始動しているときには、この時既に主燃料の供給が停止されているので、点火も停止させれば第１気筒１１ａをエアポンプとして作動させることができる。従って、上記ステップＳＴ４にて機関始動中との判定が為された場合、この電子制御装置７０は、第１気筒１１ａの第１点火プラグ１３ａの点火動作を停止させる（ステップＳＴ９）。そして、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ５と同様に、その第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させる（ステップＳＴ１０）。これにより、その第１気筒１１ａの燃焼室には空気のみが吸入され、これがそのまま排気通路４１ａや筒内ガス供給通路５４ａを介して燃料改質装置５０の混合部５１ａに供給される。
【００５４】
このときの電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ７にて改質ガスを生成させた後、上記ステップＳＴ８にてこの改質ガスを第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに供給して点火させる。この際、その第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄにおける第２から第４の主燃料噴射装置３０ｂ〜３０ｄの動作が停止させられていない場合には、これらを先に制御して主燃料の供給を停止させておく。これにより、この内燃機関１は、改質ガスでの始動直後であればこの改質ガスでの運転が継続され、また、炭化水素系燃料で運転されていたのであればこの炭化水素系燃料での運転状態から改質ガスでの運転に切り替えられる。
【００５５】
この電子制御装置７０は、上述したステップＳＴ８の動作を経た後上記ステップＳＴ１に戻り、排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）に達するまで上記のステップＳＴ１〜ＳＴ１０の動作を繰り返す。即ち、本実施例１の内燃機関１は、排気浄化装置４２が活性化されていなければ、改質ガスでの運転によってエミッション性能を確保しながら、その燃焼後の排気ガスの温度を利用して排気浄化装置４２を活性化させる。その排気浄化装置４２の活性化後においては、改質ガスでの運転を継続させることも可能であるが、本実施例１にあっては主燃料での運転に切り替える。
【００５６】
そこで、本実施例１の電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ１にて排気浄化触媒担体温度が所定温度に達していると判定された際に、燃料改質装置５０を停止させる（ステップＳＴ１１）。本実施例１の燃料改質装置５０の場合には、燃料供給手段５３からの炭化水素系燃料の噴射と第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄからの改質ガスの噴射を夫々停止させ、且つ、筒内ガス流路切替手段５４ｂを第２状態へと切り替えて、第１気筒１１ａの排気通路４１ａを筒内ガス供給通路５４ａから遮断させると共に集合部４１ｅに接続させる。
【００５７】
そして、この電子制御装置７０は、第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと第１から第４の点火プラグ１３ａ〜１３ｄを駆動制御して主燃料（炭化水素系燃料）での運転を実行させる（ステップＳＴ１２）。
【００５８】
このように、本実施例１の内燃機関１は、排気浄化装置４２が活性化するまでは改質ガスで運転して良好なエミッション性能を確保すべく構成している。ここで、この内燃機関１においては、その改質ガス生成時に必要とされる空気を一部の気筒（ここでは、第１気筒１１ａ）から供給することができる。即ち、この内燃機関１によれば、燃料改質装置５０のみにしか利用されない特別なエアポンプを用意せずとも、そのエアポンプの機能を一部の気筒（ここでは、第１気筒１１ａ）に持たせることができる。従って、この内燃機関１においては、複雑な機構からなる別個独立した構成のエアポンプが不要になるので、原価を低減させ且つエンジンコンパートメントへの搭載性を向上させることができ、更に、故障等が無い信頼性の高い燃料改質装置５０の空気供給手段を構築することができる。
【００５９】
また、この内燃機関１のように一部の気筒を燃料改質装置５０のエアポンプとして利用することによって、エアフロメータ２３の計測値を利用して混合部５１ａに供給される空気量を把握することができる。即ち、その一部の気筒の吸入空気量がそのまま混合部５１ａへの空気量になるので、エアフロメータ２３の検出信号から算出された全吸入空気量を気筒数（ここでは。「４」）で除算し、これにエアポンプとして利用する気筒数（ここでは。「１」）を乗算した値を混合部５１ａへの空気量として推定することができる。従って、この内燃機関１においては、燃料改質装置５０専用の空気量の計測手段を用意せずとも、燃料改質触媒５１ｂに供給させる炭化水素系燃料と空気の混合気の空燃比を制御することができる。更に、この内燃機関１においては、燃料改質装置５０専用の空気量の計測手段が不要になるので、原価低減、エンジンコンパートメントへの搭載性や信頼性の向上を図ることができる。
【００６０】
ところで、本実施例１の内燃機関１においては、一部の気筒（ここでは、第１気筒１１ａ）から図４に示す如く間欠的にしか空気が排出されないので、混合部５１ａへは連続的に空気を供給することができない。また、本実施例１にあっては、図４に示す如く、燃料供給手段５３の噴射時期が混合部５１ａへの炭化水素系燃料の供給時期と一致する一方で、その一部の気筒からの空気の排出時期（換言すれば、第１排気バルブ１４ａの開弁時期）が混合部５１ａへの空気の供給時期と一致しない。これは、燃料供給手段５３が混合部５１ａに炭化水素系燃料を直接噴射する構成を採っている一方、その一部の気筒の空気は排気通路４１ａや筒内ガス供給通路５４ａを経由しなければならず、混合部５１ａへと到達するまでに時間を要してしまうからである。従って、その炭化水素系燃料と空気の混合部５１ａへの供給時期を合わせなければ、それらの混合気の空燃比に大きな変動が生じ、時として改質ガスを生成できない可能性がある。
【００６１】
また、一般に機関回転数が高くなればなるほど一部の気筒からの空気の排出時間（換言すれば、第１排気バルブ１４ａの開弁時間）は短くなるので、その排出時間（厳密には、混合部５１ａへの供給時間）に合わせた期間だけ燃料供給手段５３が燃料を噴射しなければ、その何れか一方の混合部５１ａへの供給が途切れたときに改質ガスが生成されなくなる。
【００６２】
ここで、第１排気バルブ１４ａの開弁時期や開弁時間はクランク角とＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）信号から把握できるので、図１に示すクランク角センサ１５とＴＤＣ信号センサ１７の検出信号に基づいて第１気筒１１ａからの空気の排出時期や排出時間を知ることができる。また、排出後の空気の混合部５１ａへの到達時間は、設計値から明らかな排出後の混合部５１ａまでの経路長やその間の容積に基づいて知ることができる。
【００６３】
そこで、この内燃機関１の電子制御装置７０には、炭化水素系燃料と空気の混合部５１ａへの供給時期と供給時間を同期させ、その炭化水素系燃料と空気が略同時期に略同期間だけ混合部５１ａへと供給されるよう燃料供給手段５３の駆動時期及び駆動時間を制御させることが好ましい。具体的には、図４に示す如く、その空気の排出時期よりも所定時間（排出後の空気の混合部５１ａへの到達時間）だけ遅らせて燃料供給手段５３に燃料の噴射を開始させ、その空気の排出時間と同等の時間だけ混合部５１ａへの空気の供給量に応じた所定量の燃料を噴射させる。その所定量とは、炭化水素系燃料や空気の何れも過多とならずに改質反応されるだけの燃料噴射量であることが望ましい。即ち、ここでは、空気の排出時期と排出時間に応じて間欠的に燃料供給手段５３に所定量の燃料を噴射させ、変動の少ない改質反応に最適な空燃比へと制御された炭化水素系燃料と空気の混合気を形成させることが好ましい。
【００６４】
これにより、炭化水素系燃料又は空気の何れか一方のみが混合部５１ａに供給され、これが改質反応されずにそのまま第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに供給されてしまう、という不都合を回避することができる。また、炭化水素系燃料又は空気の何れか一方が必要以上に多く混合部５１ａに供給され、その余った炭化水素系燃料又は空気の何れかが改質反応されずにそのまま第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに供給されてしまう、という不都合も回避することができる。従って、このように燃料の噴射時期及び噴射期間の適正化が図られた内燃機関１においては、炭化水素系燃料と空気からなる混合気を改質反応が可能になる適正な空燃比に制御して、適切に改質ガスを生成することができる。これが為、この内燃機関１によれば、空気のみが第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに吸入されてしまうことによるトルク不足やトルク変動を防ぐことができ、また、炭化水素系燃料のみが第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄに吸入されてしまうことによるエミッション性能の悪化を防ぐことができる。
【実施例２】
【００６５】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例２を図５から図７に基づいて説明する。その図５の符号１００は、本実施例２の内燃機関を示す。
【００６６】
前述した実施例１においても説明したように、その実施例１の内燃機関１においては、エアポンプとして作動させる一部の気筒（第１気筒１１ａ）が間欠的にしか空気を排出しないので、混合部５１ａに連続して空気が供給されない。これが為、この実施例１の内燃機関１においては、前述したように燃料の噴射時期及び噴射期間を適正に制御しなければ、炭化水素系燃料と空気からなる混合気の空燃比に大きな変動を生じさせてしまうので、改質ガスが生成されない可能性があるのみならず、これが生成されたとしても時間軸上で観た改質ガスの生成量がまばらになってトルク変動を引き起こしてしまう虞がある。また、仮にそのような燃料の噴射時期等の適正な制御を行ったとしても、空気の排出時と未排出時とがあることに変わりはないので、結局の所、時間軸上で観た改質ガスの生成量の変動を完全に解消することはできない。更に、その実施例１の内燃機関１においては、一部の気筒から排出される空気量に応じて改質ガスの生成量が決められてしまうので、その生成量を所望の運転状態に応じて制御することができない。
【００６７】
そこで、本実施例２の内燃機関１００は、エアポンプとして作動している一部の気筒の空気の吐出時期に影響されることなく、混合部５１ａに対して適正な量の空気を連続的に供給できるよう、前述した実施例１の内燃機関１において燃料改質装置５０を図５に示す燃料改質装置１５０へと変更して構成する。
【００６８】
具体的に、本実施例２の燃料改質装置１５０は、実施例１の燃料改質装置５０の構成要素たる空気供給手段（筒内ガス供給装置５４）を図５に示す筒内ガス供給装置１５４に置き換えたものである。その筒内ガス供給装置１５４は、エアポンプとして作動させた一部の気筒（本実施例２にあっても第１気筒１１ａを例示する）からの筒内ガス（空気）を混合部５１ａに導く実施例１と同様の筒内ガス供給通路５４ａと筒内ガス流路切替手段５４ｂを備え、更に、その筒内ガス（空気）を所定量貯留した後で混合部５１ａに所望された量だけ供給可能な筒内ガス貯留手段を備えている。
【００６９】
ここで、その筒内ガス貯留手段は、筒内ガスを貯留する筒内ガス貯留タンク５４ｃと、この筒内ガス貯留タンク５４ｃから混合部５１ａへの筒内ガスの流量を調節する筒内ガス流量制御手段５４ｄと、その筒内ガス貯留タンク５４ｃ内の筒内ガスの逆流を防ぐ逆止弁５４ｅと、を筒内ガス供給通路５４ａ上に備えて構成する。その筒内ガス流量制御手段５４ｄとしては、例えば、電子制御装置７０の指示により筒内ガス供給通路５４ａを全閉状態から全開状態まで無段階に可変制御可能な流量制御弁を使用する。即ち、この筒内ガス貯留手段は、筒内ガス流量制御手段５４ｄの開弁角度を適宜調節することによって、予め筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に貯留された空気を適正な量で連続的に混合部５１ａへと供給させるものである。
【００７０】
ところで、本実施例２にあっては、改質ガスを生成させる前に予め所定量の空気を筒内ガス貯留タンク５４ｃに貯留させておく。例えば、その筒内ガス貯留タンク５４ｃには、少なくとも１サイクル以上内燃機関１００を運転させることのできる改質ガスが生成可能な量だけ空気を貯留しておく。このような空気量（所定量）を貯留させる為、本実施例２の筒内ガス貯留手段は、例えば、少なくともクランキングを始めてから所定時間だけ貯留動作（筒内ガス流量制御手段５４ｄの全閉制御）を実行してもよく、また、筒内ガス貯留タンク５４ｃ内がその空気量（所定量）に対応する所定圧になるまで貯留動作を実行してもよい。
【００７１】
以下に、本実施例２の内燃機関１００の動作について図６のフローチャートに基づき説明する。尚、その動作の大半は前述した実施例１と同様に為されるので、ここでは、その相違点を中心に説明する。
【００７２】
先ず、本実施例２の電子制御装置７０は、実施例１と同様に、排気浄化装置４２の排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）以上になっているか否か判定し（ステップＳＴ１）、所定温度に達していなければ、燃料改質触媒５１ｂを所定温度（改質反応可能な活性温度）まで上昇させて（ステップＳＴ２）、エアポンプとして作動させる一部の気筒（第１気筒１１ａ）への主燃料の供給を停止させる（ステップＳＴ３）。
【００７３】
そして、本実施例２の電子制御装置７０は、筒内ガス供給装置１５４の筒内ガス流量制御手段５４ｄを全閉制御して（ステップＳＴ２１）、筒内ガス貯留タンク５４ｃ内の筒内ガスが混合部５１ａに漏れ入らないよう当該筒内ガス貯留タンク５４ｃよりも下流の筒内ガス供給通路５４ａを遮断する。ここで、このステップＳＴ２１において筒内ガス流量制御手段５４ｄが既に全閉状態にある場合には、その筒内ガス流量制御手段５４ｄに全閉状態を保持させて、その下流の筒内ガス供給通路５４ａの遮断状態を保たせる。
【００７４】
尚、そのステップＳＴ２，ステップＳＴ３及びステップＳＴ２１の動作は、何れを先に実行してもよく、また、同時に実行してもよい。
【００７５】
次に、この電子制御装置７０は、実施例１と同様に内燃機関１が始動中であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。そして、この電子制御装置７０は、実施例１と同様に、機関始動中でなければ、第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させて（ステップＳＴ５）、クランキングを実行させる（ステップＳＴ６）。
【００７６】
これにより、本実施例２の内燃機関１００においては、その第１気筒１１ａが実施例１と同様にエアポンプとして作動し、その燃焼室内に吸入された空気が排気通路４１ａに排出されて筒内ガス供給通路５４ａ上の筒内ガス貯留タンク５４ｃに貯留される。
【００７７】
しかる後、本実施例２の電子制御装置７０は、その筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に所定量の空気が存在しているか否か判定し（ステップＳＴ２２）、ここで否定判定された場合には所定量の空気が貯留されるまで筒内ガス流量制御手段５４ｄを全閉制御したままこの判定を繰り返す。
【００７８】
このステップＳＴ２２で肯定判定された場合、この電子制御装置７０は、燃料供給手段５３を噴射制御すると共に筒内ガス流量制御手段５４ｄを開弁制御して混合部５１ａに炭化水素系燃料と筒内ガス貯留タンク５４ｃ内の空気を供給させ、燃料改質手段５１において改質ガスを生成させる（ステップＳＴ２３）。
【００７９】
その際の燃料供給手段５３と筒内ガス流量制御手段５４ｄは、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄでの燃焼に求められる改質ガス量に応じた量の炭化水素系燃料と空気を各々供給すべく駆動制御される。また、その際の燃料供給手段５３と筒内ガス流量制御手段５４ｄは、実施例１と同様に炭化水素系燃料と空気の混合部５１ａへの供給時期と供給時間が同期されるよう駆動制御する。ここでは、筒内ガス貯留タンク５４ｃから連続して空気を供給させるので、炭化水素系燃料も連続して噴射させる。尚、筒内ガス流量制御手段５４ｄの開閉を繰り返すことで筒内ガス貯留タンク５４ｃから間欠的に空気を供給させることも可能なので、かかる場合には炭化水素系燃料も間欠的に噴射させる。
【００８０】
本実施例２にあっても、その生成された改質ガスは改質ガス供給路５２を介して第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄに送られる。従って、本実施例２の電子制御装置７０は、実施例１と同様に、その第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄと第２から第４の点火プラグ１３ｂ〜１３ｄを駆動制御して、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄを改質ガスで運転させる（ステップＳＴ８）。これにより、この内燃機関１は、改質ガスによる優れたエミッション性能を確保したまま始動される。しかる後、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ１に戻る。
【００８１】
一方、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４にて機関始動中と判定された場合にも、実施例１と同様に、第１気筒１１ａの第１点火プラグ１３ａの点火動作を停止させた後（ステップＳＴ９）、その第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させる（ステップＳＴ１０）。これにより、その第１気筒１１ａの燃焼室には空気のみが吸入され、これがそのまま排気通路４１ａや筒内ガス供給通路５４ａを介して筒内ガス貯留タンク５４ｃに貯留される。
【００８２】
本実施例２の電子制御装置７０は、その後上記ステップＳＴ２２に進み、その筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に所定量の空気が存在していなければ、所定量の空気が貯留されるまで筒内ガス流量制御手段５４ｄを全閉制御したままこのステップＳＴ２２の判定を繰り返し、その筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に所定量の空気が存在していれば、上記ステップＳＴ２３，ＳＴ８に進んでこの内燃機関１００を改質ガスで運転させる。その際、この内燃機関１００は、改質ガスでの始動直後であればこの改質ガスでの運転が継続され、また、炭化水素系燃料で運転されていたのであればこの炭化水素系燃料での運転状態から改質ガスでの運転に切り替えられる。
【００８３】
この本実施例２の電子制御装置７０においても、上述したステップＳＴ８の動作を経た後上記ステップＳＴ１に戻り、排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）に達するまで上記の動作を繰り返す。即ち、この内燃機関１００においても、排気浄化装置４２が活性化されていないときには、改質ガスでの運転によってエミッション性能を確保しながら、その燃焼後の排気ガスの温度を利用して排気浄化装置４２を活性化させる。その排気浄化装置４２の活性化後においては、改質ガスでの運転を継続させることも可能であるが、本実施例２にあっても、ここでは主燃料での運転に切り替える。
【００８４】
本実施例２の電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ１にて排気浄化触媒担体温度が所定温度に達していると判定された際、実施例１と同様に燃料改質装置５０を停止させ（ステップＳＴ１１）、全気筒を主燃料（炭化水素系燃料）で運転させる（ステップＳＴ１２）。そのステップＳＴ１１においては、本実施例２の燃料改質装置１５０の場合、燃料供給手段５３からの炭化水素系燃料の噴射を停止させると共に筒内ガス流量制御手段５４ｄを全閉制御し、第２から第４の改質ガス供給手段５５ｂ〜５５ｄからの改質ガスの噴射を夫々停止させる。更に、筒内ガス流路切替手段５４ｂを第２状態へと切り替えて、第１気筒１１ａの排気通路４１ａを筒内ガス供給通路５４ａから遮断させると共に集合部４１ｅに接続させる。
【００８５】
このように、本実施例２の内燃機関１００は、改質ガス生成時に要する空気を一部の気筒（ここでは、第１気筒１１ａ）から供給させるよう構成しているので、実施例１の内燃機関１と同様の効果を奏することができる。
【００８６】
また、この内燃機関１００は、その一部の気筒がエアポンプとして作動された際の空気を貯留して所望された量だけ混合部５１ａに供給する筒内ガス貯留手段を備えているので、そのエアポンプとしての間欠的な作動時期（空気の吐出時期）に影響されることなく、混合部５１ａに対して適正な量の空気を連続的に供給することができる。従って、この内燃機関１００によれば、炭化水素系燃料と空気からなる混合気の空燃比を変動させることなく適切に制御することができるので、所望の運転状態等に応じて必要とされる量の改質ガスを適切な時期に生成させることができる。これが為、この内燃機関１００においては、改質ガスの生成量や生成時期（換言すれば、改質ガスの供給量や供給時期）の変動を抑制してトルク変動を抑えることができる。
【００８７】
ところで、上述した本実施例２においては、内燃機関１００を始動させる際に所定量の空気が筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に貯留されていない状況を考慮して、機関始動前から第１気筒１１ａをエアポンプとして作動させる為のクランキングを行っている。即ち、上述した本実施例２においては、内燃機関１００の始動に要する改質ガスを生成する為の空気を筒内ガス貯留タンク５４ｃに溜めることができるように、クランキング動作を通常の機関始動時（例えば、一般的な炭化水素系燃料で運転させる際の機関始動時）よりも長めに行っている。これと同様のことは、前述した実施例１の内燃機関１においてもいえ、その始動に要する改質ガスを生成する為の空気が混合部５１ａに正しく供給されるように、通常の機関始動時よりも長めにクランキング動作を行っている。従って、この本実施例２の内燃機関１００や実施例１の内燃機関１においては、その長くなったクランキング時間の分だけ始動時間が長くなり、また、車輌のバッテリ８１の蓄電量を大幅に減少させてしまう。
【００８８】
そこで、上述した本実施例２の内燃機関１００において、機関始動中に予め所定量の空気を筒内ガス貯留タンク５４ｃに貯留させておくよう電子制御装置７０の制御機能等を設定しておくことが好ましい。
【００８９】
ここで、機関始動中に貯留させておくとは言っても、筒内ガス貯留タンク５４ｃ内の空気を使用し続けている改質ガスでの運転中に実行するのは好適ではない。また、大きな出力トルクが必要とされる高負荷運転時や加速運転時等に一部の気筒を殺してまで実行するのも好ましくない。従って、ここでの筒内ガス貯留タンク５４ｃへの空気貯留条件としては、改質ガスを生成する必要の無い主燃料（炭化水素系燃料）での運転時であって、然程大きな出力トルクが必要とされないアイドル回転時、軽中負荷運転時や減速運転時を設定する。
【００９０】
以下に、この場合の本実施例２の内燃機関１００の動作について図７のフローチャートに基づき説明する。
【００９１】
先ず、ここでの電子制御装置７０は、筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に所定量の空気が存在しているか否か判定し（ステップＳＴ３１）、既に所定量の空気が貯留されていれば本動作を一旦終了させる。
【００９２】
一方、この電子制御装置７０は、そのステップＳＴ３１にて否定判定された場合、上述した筒内ガス貯留タンク５４ｃへの空気貯留条件に合致するか否か判定して（ステップＳＴ３２）、空気貯留条件でなければ本動作を一旦終了させる。
【００９３】
ここで、この電子制御装置７０は、そのステップＳＴ３２にて空気貯留条件と判定された場合、エアポンプとして作動させる一部の気筒（第１気筒１１ａ）における第１主燃料噴射装置３０ａからの主燃料（炭化水素系燃料）の噴射と第１点火プラグ１３ａの点火動作を停止させる（ステップＳＴ３３）。
【００９４】
そして、この電子制御装置７０は、上述したステップＳＴ２１と同様に筒内ガス流量制御手段５４ｄを全閉制御して（ステップＳＴ３４）、更に、上述したステップＳＴ５と同様に筒内ガス流路切替手段５４ｂを第１状態に切り替えて、第１気筒１１ａの排気通路４１ａを集合部４１ｅから遮断させると共に筒内ガス供給通路５４ａに接続させる（ステップＳＴ３５）。
【００９５】
これにより、この内燃機関１００においては、その第１気筒１１ａがエアポンプとして作動して、その燃焼室内に吸入された空気が排気通路４１ａを介して筒内ガス供給通路５４ａ上の筒内ガス貯留タンク５４ｃに貯留される。かかる動作は、ステップＳＴ３１で肯定判定が為されるまで繰り返される。
【００９６】
このように、この内燃機関１００においては、アイドル回転時等の所定の時期に筒内ガス貯留タンク５４ｃへと空気を貯留するので、出力トルクを犠牲にしないで済む。そして、この内燃機関１００においては、そのようにして予め筒内ガス貯留タンク５４ｃに空気を貯留しておくので、第１気筒１１ａから空気が排出されるのを待つことなく、また、その第１気筒１１ａから排出された空気が貯留されるのを待つことなく、改質ガスの生成が必要なときに即座に混合部５１ａへと空気を供給することができる。従って、この内燃機関１００によれば、直ぐに改質ガスを生成し、これを燃料にして運転することができるので、排気浄化装置４２の早期活性化が可能になる。更に、この内燃機関１００においては、機関始動時に空気の生成や貯留の為の無駄なクランキング時間を無くすことができるので、改質ガスを燃料にする際の機関始動時間の短縮が図れ、また、バッテリ８１の消費電力を抑えることができる。
【実施例３】
【００９７】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例３を図８に基づいて説明する。
【００９８】
本実施例３は、前述した実施例１，２の内の何れかの内燃機関１，１００において、第１から第４の吸気バルブ１２ａ〜１２ｄの開閉時期を制御可能な吸気バルブ制御装置と、第１から第４の排気バルブ１４ａ〜１４ｄの開閉時期を制御可能な排気バルブ制御装置と、を設け、その夫々の開閉時期の適正化を図ることによってエアポンプとして作動させる一部の気筒（本実施例３においても第１気筒１１ａを例示する）のポンプ効率を向上させたものである。
【００９９】
ここで、その吸気バルブ制御装置や排気バルブ制御装置は、当該技術分野において周知の構成によって構築されたものであり、バルブ開閉時期に加えてバルブリフト量についても制御し得る所謂可変バルブタイミング・リフト機構であってもよい。ここで例示する吸気バルブ制御装置や排気バルブ制御装置としては、電子制御装置７０の指示に従いカムシャフトを軸線方向にずらしてプロフィールの異なるカムへと切り替える構成のものが挙げられる。
【０１００】
本実施例３にあっては、一部の気筒（第１気筒１１ａ）をエアポンプとして作動させる際に、図８に示す如く、この一部の気筒でバルブオーバーラップ期間が零又は負になる（即ち、バルブオーバーラップ期間が無くなる）よう電子制御装置７０に吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を制御させる。この図８は、その一部の気筒の第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａ（厳密には、第１から第４の吸気バルブ１２ａ〜１２ｄと第１から第４の排気バルブ１４ａ〜１４ｄ）の作動線の一例を示すものであり、全ての気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）で燃焼動作させる通常燃焼時の作動線について破線で示す一方、一部の気筒（第１気筒１１ａ）をエアポンプとして作動させる際の全気筒の作動線を実線で示している。
【０１０１】
具体的に、本実施例３の電子制御装置７０は、第１気筒１１ａをエアポンプとして作動させる際に、その第１吸気バルブ１２ａを吸気ＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）後に開弁させ且つ吸気ＢＤＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）前に閉弁させると共に、その第１排気バルブ１４ａを排気ＢＤＣ後に開弁させ且つ排気ＴＤＣ前に閉弁させる。尚、ここでは、通常燃焼時にバルブオーバーラップ期間を設けて第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａを開閉させている。
【０１０２】
これにより、その第１気筒１１ａにおいては、エアポンプとして作動しているときに第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａが同時期に開弁しなくなるので、排気行程（吐出行程）中に空気を吸気側へと逆流させずに済む。即ち、エアポンプとして作動しているときの第１気筒１１ａは、燃焼室に吸入した全ての空気を排出させることができる。従って、この本実施例３の如き内燃機関１，１００によれば、その一部の気筒（第１気筒１１ａ）のエアポンプとしてのポンプ効率を高めることができる。
【０１０３】
ここで、本実施例３の如き複数の気筒のバルブ開閉時期等を一括して調節可能な吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置に替えて、後述する実施例４における夫々気筒毎に吸気バルブの開閉時期等を調節可能な吸気バルブ制御装置と排気バルブの開閉時期等を調節可能な排気バルブ制御装置を用いることもできる。そして、この実施例４の吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を用いる場合、一部の気筒（第１気筒１１ａ）をエアポンプとして作動させる際に、少なくともこの一部の気筒のバルブオーバーラップ期間が無くなるよう当該一部の気筒の吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を上記の如く制御する。これにより、残りの気筒（第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ）の吸入効率や燃焼効率等を犠牲にすることなく、その一部の気筒（第１気筒１１ａ）のエアポンプとしてのポンプ効率を高めることができる。
【実施例４】
【０１０４】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例４を図９に基づいて説明する。
【０１０５】
本実施例４は、前述した実施例１，２の内の何れかの内燃機関１，１００において、エアポンプとして作動させる一部の気筒（本実施例４にあっても第１気筒１１ａを例示する）の第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａの開閉時期を各々個別に制御可能な吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を設け、この一部の気筒の第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａの開閉時期を夫々適正化させることによって当該一部の気筒がエアポンプとして作動される際のポンプ効率を向上させたものである。
【０１０６】
本実施例４の吸気バルブ制御装置や排気バルブ制御装置は、第１から第４の吸気バルブ１２ａ〜１２ｄや第１から第４の排気バルブ１４ａ〜１４ｄの開閉時期を夫々気筒毎に独立して制御し得るものである。例えば、この種の吸気バルブ制御装置や排気バルブ制御装置としては、第１から第４の吸気バルブ１２ａ〜１２ｄや第１から第４の排気バルブ１４ａ〜１４ｄを個別に電磁駆動可能な構成（所謂電磁駆動弁等）が考えられる。これら各気筒の吸気バルブ制御装置や排気バルブ制御装置は、バルブ開閉時期に加えてバルブリフト量についても制御し得るものであってもよい。
【０１０７】
本実施例４にあっては、一部の気筒（第１気筒１１ａ）をエアポンプとして作動させる際に、図９に示す如く、クランクシャフト１６が一回転する度に当該一部の気筒で吸気行程と排気行程を行わせるよう電子制御装置７０に当該一部の気筒の吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を制御させる。この図９は、その一部の気筒の第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａの開閉時期の一例を示すものであり、この一部の気筒を燃焼動作させる際のバルブ開閉時期とエアポンプとして作動させる際のバルブ開閉時期を示している。
【０１０８】
これにより、その第１気筒１１ａにおいては、エアポンプとして作動しているときにクランク角一回転毎に空気が燃焼室内へと吸入されて排気ポートへと排出される。即ち、エアポンプとして作動しているときの第１気筒１１ａにおいては、摩擦損失しか発生しない圧縮行程と膨張行程を無くして、ピストンの全ての往復運動動作をエアポンプの動作として機能させることができる。従って、この本実施例４の如き内燃機関１，１００によれば、その一部の気筒（第１気筒１１ａ）においてのエアポンプとしてのポンプ効率を高めることができる。また、その内燃機関１００においては、実施例２よりも短い時間で筒内ガス貯留タンク５４ｃ内に空気を貯留させることができるので、例えば、短時間の減速動作であっても所定量の空気を貯留させ易くなる。
【０１０９】
ここで、この本実施例４においても、図９に示す如く、前述した実施例３と同様にその一部の気筒でバルブオーバーラップ期間が無くなるよう当該一部の気筒の吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を制御させることが好ましい。これにより、この一部の気筒（第１気筒１１ａ）においては、エアポンプとして作動しているときに第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａが同時期に開弁しなくなり、排気行程（吐出行程）中に空気を吸気側へと逆流させないので、エアポンプとしてのポンプ効率を更に高めることができる。
【実施例５】
【０１１０】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例５を図１０に基づいて説明する。
【０１１１】
図１０の符号２００は、本実施例５の内燃機関を示す。この本実施例５の内燃機関２００は、前述した実施例１の内燃機関１において、一部の気筒（本実施例５にあっても第１気筒１１ａを例示する）に対しての主燃料の供給手段たる第１主燃料噴射装置３０ａと第１点火プラグ１３ａを取り除き、更に、その一部の気筒の燃焼室内と燃料改質装置２５０の混合部５１ａ内を直接的に連通させることによって、その一部の気筒をエアポンプとしてのみ使用させるよう構成したものである。
【０１１２】
具体的に、本実施例５の内燃機関２００においては、その一部の気筒（第１気筒１１ａ）以外の残りの気筒（第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ）の燃焼室から排出された排気ガスを浄化して大気へと放出させる排気経路２４０を構築する一方、その一部の気筒の筒内ガス（空気）を燃料改質装置２５０の混合部５１ａに供給させる筒内ガス供給装置２５４を構築する。ここで、本実施例５の燃料改質装置２５０は、実施例１の燃料改質装置５０において、その筒内ガス供給装置５４を図１０に示す筒内ガス供給装置２５４へと置き換えたものである。
【０１１３】
本実施例５の排気経路２４０は、実施例１の排気経路４０における全気筒１１ａ〜１１ｄ用の排気マニホルド４１を図１０に示す第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ用の排気マニホルド２４１に置き換えて構成したものである。従って、その排気マニホルド２４１は、第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄの各燃焼室から排出された排気ガスを一経路に纏めて排気浄化装置４２へと送るよう成形されている。
【０１１４】
また、本実施例５の筒内ガス供給装置２５４は、吸気マニホルド２７における第１気筒１１ａの分流通路２７ａ，その第１気筒１１ａの吸気ポート，第１吸気バルブ１２ａ，第１排気バルブ１４ａ，その第１気筒１１ａの排気ポート，及びこの排気ポートと混合部５１ａとを連通させる筒内ガス供給通路２５４ａ等によって構成する。これにより、その第１気筒１１ａにおいては、第１吸気バルブ１２ａの開弁に伴い燃焼室内に空気が吸入され、その空気が第１排気バルブ１４ａの開弁に伴い排出されて混合部５１ａへと送られる。
【０１１５】
このように、本実施例５の内燃機関２００においても、燃料改質装置２５０のみにしか利用されない特別なエアポンプを用意せずとも、その一部の気筒（ここでは、第１気筒１１ａ）をエアポンプとして作動させることができるので、実施例１の内燃機関１と同様の効果を奏することができる。
【０１１６】
ところで、本実施例５の筒内ガス供給装置２５４は、残りの気筒（第２から第４の気筒１１ｂ〜１１ｄ）と同じ時期に第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａを開閉させてしまうと、改質ガスの生成を必要としないときにも空気が混合部５１ａに供給されてしまい、その行き場を失って筒内ガス供給通路２５４ａ等の破損を引き起こす可能性がある。従って、その不要な空気を混合部５１ａへと供給させないように構成することが好ましい。
【０１１７】
そこで、本実施例５の内燃機関２００は、例えば、筒内ガス供給通路２５４ａと吸気経路２０を連通させる連通路と、この連通路を開閉可能な開閉弁と、を設け、改質ガスの生成を必要としないときに開閉弁を開いて筒内ガス供給通路２５４ａの空気を吸気経路２０にパイパスさせてもよい。また、この内燃機関２００において前述した実施例４と同様の吸気バルブ制御装置と排気バルブ制御装置を一部の気筒（第１気筒１１ａ）に設け、改質ガスの生成が必要とされるときだけ第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ１４ａを開閉させてもよい。
【０１１８】
ここで、本実施例５の筒内ガス供給装置２５４は、前述した実施例２〜４に適用してもよく、これにより実施例２〜４と同様の効果を奏することができる。
【実施例６】
【０１１９】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例６を図１１から図１３に基づいて説明する。その図１１の符号３００は、本実施例６の内燃機関を示す。
【０１２０】
本実施例６の内燃機関３００は、過給機の過給空気が混合部５１ａへと供給されるように燃料改質装置３５０の空気供給手段（後述する空気供給装置３５４）を構成したものである。
【０１２１】
最初に、この内燃機関３００の構成について説明する。この内燃機関３００は、実施例１の内燃機関１において、その吸気経路２０と排気経路４０の間に第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室内へと大量の空気を強制的に供給する排気ターボ過給機９０を配備し、更に、その燃料改質装置５０を図１１に示す燃料改質装置３５０に変更したものである。
【０１２２】
先ず、本実施例６の排気ターボ過給機９０は、図１１及び図１２に示す如く、排気マニホルド４１と排気浄化装置４２の間に配置したタービン９１と、このタービン９１と同期して回転する回転軸９２と、この回転軸９２を介してタービン９１と共に回転する吸気経路２０上のコンプレッサ９３と、その回転軸９２を保持する軸受け９４と、を備えている。そのコンプレッサ９３は、吸気通路２１と過給空気供給通路２８との間に配置され、その過給空気供給通路２８を介して過給空気をスロットルバルブ２４側へと送出する。
【０１２３】
続いて、本実施例６の燃料改質装置３５０について詳述する。この燃料改質装置３５０は、実施例１の燃料改質装置５０において、その筒内ガス供給装置５４を図１１に示す空気供給装置３５４へと置き換え、更に、生成した改質ガスを第１気筒１１ａへと供給させる第１改質ガス供給手段５５ａを設けたものである。
【０１２４】
ここで、本実施例６の空気供給装置３５４は、過給空気供給通路２８と混合部５１ａを連通させる過給空気バイパス通路３５４ａと、この過給空気バイパス通路３５４ａを流れる空気の流量を調節する空気流量制御手段３５４ｂと、を備えて構成する。その空気流量制御手段３５４ｂとしては、例えば、電子制御装置７０の指示により過給空気バイパス通路３５４ａを全閉状態から全開状態まで無段階に可変制御可能な流量制御弁を使用する。即ち、この空気供給装置３５４は、空気流量制御手段３５４ｂの開弁角度を適宜調節することによって、過給空気供給通路２８を流れる過給空気の一部を分流させて必要な量だけ混合部５１ａへと供給するものである。
【０１２５】
このように、本実施例６の内燃機関３００においては、燃料改質装置３５０が空気を必要とするときに、排気ターボ過給機９０で生成した過給空気の一部を燃料改質触媒５１ｂで改質反応させる際の空気として利用する。
【０１２６】
しかしながら、一般に、機関始動時、低負荷運転領域や低回転運転領域には排気エネルギが無い又は少ないので、排気ターボ過給機９０は、過給圧を上げることができず、過給空気を生成することができない。従って、機関始動時等の如く排気ガスによる過給圧の上昇を期待できない状況下においては、空気流量制御手段３５４ｂを全開にしたとしても混合部５１ａに空気が供給されず、改質ガスを生成することができない。
【０１２７】
そこで、本実施例６にあっては、回転軸９２を電子制御装置７０の指示に従い所望の回転数で回転させ、これによりコンプレッサ９３の回転数を上昇させて過給圧を高める図１２に示す過給補助モータ９５を排気ターボ過給機９０に設け、上記のような排気ガスによる過給圧の上昇が期待できない状況下で燃料改質装置３５０が空気を必要とするときに、過給補助モータ９５の駆動力で過給圧を上昇させる。即ち、本実施例６の内燃機関３００においては、電動アシスト機能付き排気ターボ過給機９０を配設して、燃料改質装置３５０が空気を必要とするときに必ず混合部５１ａへと空気が供給されるよう構成する。
【０１２８】
例えば、その過給補助モータ９５は、電子制御装置７０が図１２に示すオンオフ切替スイッチ９６を切り替えることで電源（例えば、図１２に示す車輌のバッテリ８１）からの電力が供給され、その電力に応じた回転数で回転軸９２を回転させる。尚、その回転数は、予め設定された固定のものであってもよく、適宜変更し得るものであってもよい。
【０１２９】
ここで、本実施例６の電子制御装置７０には、過給補助モータ９５の駆動を必要とする条件（以下、「過給補助条件」という。）に合致しているか否か判定させる。例えば、ここでは、過給圧が所定圧力よりも低いときを過給補助条件として設定する。その所定圧力とは、例えば、改質ガスの生成に要する量の空気を過給空気供給通路２８から過給空気バイパス通路３５４ａへと分流させることが可能な最下限の過給圧のことをいい、予め実験やシミュレーションにより求めておく。従って、本実施例６の電子制御装置７０には、過給圧が所定圧力よりも低いときに過給補助モータ９５を駆動させ、その過給圧を所定圧力まで上昇させる。
【０１３０】
ところで、本実施例６においては内燃機関３００の運転状況やエアフロメータ２３の検出値から推定して過給圧を求めさせるが、その過給圧については、過給空気供給通路２８やコンプレッサ９３に設けた図示しない圧力センサの検出信号から求めてもよい。
【０１３１】
また、本実施例６の電子制御装置７０には、排気ガスによる過給圧と過給補助モータ９５による過給圧を合わせた全過給圧が上記の所定圧力を保つように過給補助モータ９５の駆動力（換言すれば、過給補助モータ９５への供給電力）を制御させる。即ち、ここでは、排気エネルギが小さければ過給補助モータ９５の駆動力を大きくし、排気エネルギが大きければ過給補助モータ９５の駆動力を小さくする。これにより、この内燃機関３００においては、排気エネルギが大きくなるにつれて過給補助モータ９５の駆動力が低下するので、過度の過給圧の上昇を防ぐと共に、消費電力を低下させて燃料消費率の悪化を防ぐことができる。
【０１３２】
以下に、本実施例６の内燃機関３００の動作について図１３のフローチャートに基づき説明する。
【０１３３】
先ず、本実施例６の電子制御装置７０は、例えば前述した実施例１と同様に、排気浄化装置４２の排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）以上になっているか否か判定し（ステップＳＴ４１）、所定温度に達していなければ、燃料改質触媒５１ｂを所定温度（改質反応可能な活性温度）まで上昇させる（ステップＳＴ４２）。そして、本実施例６の電子制御装置７０は、空気流量制御手段３５４ｂを開弁制御して過給空気供給通路２８と混合部５１ａとを連通させる（ステップＳＴ４３）。
【０１３４】
尚、そのステップＳＴ４２及びステップＳＴ４３の動作は、何れを先に実行してもよく、また、同時に実行してもよい。
【０１３５】
続いて、この電子制御装置７０は、過給補助条件（過給圧が所定圧力よりも低い）か否かを判定する（ステップＳＴ４４）。
【０１３６】
ここで、その過給補助条件に合致していれば、この電子制御装置７０は、内燃機関３００の運転状況やエアフロメータ２３の検出値から全過給圧を推定し、その全過給圧を所定圧力まで上昇させる為に必要な過給補助モータ９５の駆動力を算出して（ステップＳＴ４５）、この過給補助モータ９５を駆動させる（ステップＳＴ４６）。
【０１３７】
これにより、全過給圧が所定圧力まで上昇し、過給空気供給通路２８を流れる過給空気は、過給空気バイパス通路３５４ａへ分流した後に、空気流量制御手段３５４ｂの開弁角度に応じた流量で混合部５１ａに流入する。即ち、排気ガスのみでは低い過給圧しか得られないときに、全過給圧を過給補助モータ９５の駆動力で増加させ、混合部５１ａへの供給空気量を確保することができる。
【０１３８】
そこで、この電子制御装置７０は、燃料供給手段５３を駆動制御して混合部５１ａに炭化水素系燃料を供給させ、燃料改質手段５１において改質ガスを生成させる（ステップＳＴ４７）。この改質ガスは、改質ガス供給路５２を介して第１から第４の改質ガス供給手段５５ａ〜５５ｄに送られる。この電子制御装置７０は、その第１から第４の改質ガス供給手段５５ａ〜５５ｄと第１から第４の点火プラグ１３ａ〜１３ｄを駆動制御し、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄに改質ガスを供給して点火させる（ステップＳＴ４８）。
【０１３９】
これにより、この内燃機関３００は、機関始動前であれば改質ガスで始動されるので、機関始動時から優れたエミッション性能を確保することができる。また、機関始動中においては、改質ガスでの運転に切り替えられ、その改質ガスによる優れたエミッション性能を確保することができる。しかる後、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４１に戻る。
【０１４０】
一方、上記ステップＳＴ４４の判定時に過給補助条件に合致していなければ（即ち、排気ガスのみで所定圧力の過給圧になっていれば）、この電子制御装置７０は、排気ガスのみで十分な過給圧を得ることができるので、過給補助モータ９５を停止させる（ステップＳＴ４９）。ここでは、その過給補助モータ９５が駆動していればこれが停止され、その過給補助モータ９５が既に停止状態にあればその状態を保持させる。
【０１４１】
その際、この内燃機関３００においては、過給空気供給通路２８を流れる過給空気が過給空気バイパス通路３５４ａを介して、空気流量制御手段３５４ｂの開弁角度に応じた流量で混合部５１ａに供給される。従って、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４７，ＳＴ４８に進んで全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）を改質ガスで運転させる。この内燃機関３００は、改質ガスでの始動直後であればこの改質ガスでの運転が継続され、また、炭化水素系燃料で運転されていたのであればこの炭化水素系燃料での運転状態から改質ガスでの運転に切り替えられる。
【０１４２】
この電子制御装置７０は、上述したステップＳＴ４８の動作を経た後上記ステップＳＴ４１に戻り、排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）に達するまで上記のステップＳＴ４１〜ＳＴ４９の動作を繰り返す。即ち、本実施例６の内燃機関３００についても、排気浄化装置４２が活性化されていなければ、改質ガスでの運転によってエミッション性能を確保しながら、その燃焼後の排気ガスの温度を利用して排気浄化装置４２を活性化させる。その排気浄化装置４２の活性化後においては、改質ガスでの運転を継続させることも可能であるが、本実施例６にあっては主燃料での運転に切り替える。
【０１４３】
そこで、本実施例６の電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４１にて排気浄化触媒担体温度が所定温度に達していると判定された際に、燃料改質装置３５０を停止させる（ステップＳＴ５０）。本実施例６の燃料改質装置３５０の場合には、燃料供給手段５３からの炭化水素系燃料の噴射と第１から第４の改質ガス供給手段５５ａ〜５５ｄからの改質ガスの噴射を夫々停止させ、且つ、空気流量制御手段３５４ｂを閉弁制御して過給空気供給通路２８と混合部５１ａとの間を遮断させる。また、その際、過給補助モータ９５が駆動していれば、これも停止させる。
【０１４４】
そして、この電子制御装置７０は、第１から第４の主燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと第１から第４の点火プラグ１３ａ〜１３ｄを駆動制御して主燃料（炭化水素系燃料）での運転を実行させる（ステップＳＴ５１）。
【０１４５】
このように、本実施例６の内燃機関３００は、排気浄化装置４２が活性化するまでは改質ガスで運転して良好なエミッション性能を確保すべく構成している。ここで、この内燃機関３００においては、その改質ガス生成時に必要とされる空気として電動アシスト機能付き排気ターボ過給機９０の過給空気を供給させるべく構成しているので、燃料改質装置３５０のみにしか利用されない特別なエアポンプ等を用意せずとも、燃料改質装置３５０の空気供給手段を配備することができる。これが為、この内燃機関３００においても、前述した各実施例１〜５と同様に、複雑な機構からなる特別なエアポンプが不要になるので、原価の低減やエンジンコンパートメントへの搭載性の向上が図れ、更に、故障等が無い信頼性の高い燃料改質装置３５０の空気供給手段を構築することができる。
【０１４６】
ところで、本実施例６の内燃機関３００においては、過給空気バイパス通路３５４ａ上における空気流量制御手段３５４ｂよりも下流側（混合部５１ａ側）に実施例２と同様の筒内ガス貯留タンク５４ｃ等からなる筒内ガス貯留手段を設けてもよく、これにより、機関始動時に過給補助モータ９５を駆動させずとも混合部５１ａへ空気を供給して改質ガスで運転させることができる。従って、このような内燃機関３００によれば、機関始動時に空気を生成させる為の過給補助モータ９５の駆動時間が必要無くなるので、改質ガスを燃料にした機関始動時間の短縮が図れ、また、バッテリ８１からの放電量を抑えることができる。
【実施例７】
【０１４７】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例７を図１４及び図１５に基づいて説明する。その図１４の符号４００は、本実施例７の内燃機関を示す。
【０１４８】
ここで、前述した実施例６の内燃機関３００においては、コンプレッサ９３で加圧された過給空気が混合部５１ａだけでなく全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室にも供給される。従って、この内燃機関３００では、その双方の供給対象で必要とされる過給空気を得る為に、単に混合部５１ａのみに供給する場合に比べて高い過給圧でより多くの過給空気を生成しなければならず、機関始動時等の低中負荷運転領域においてはその分だけ多く過給補助モータ９５の駆動力（過給補助モータ９５への供給電力）が必要になる。また、この低中負荷運転領域においては、各気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室に過給空気を吸入させる必要は無く、外部から吸入された空気を供給するだけで十分な出力トルクを得ることができる。一方、高負荷運転領域においては、排気ガスによる過給圧のみで燃焼室と混合部５１ａの双方で必要とされる十分な量の過給空気を生成することができる。
【０１４９】
そこで、本実施例７の内燃機関４００は、前述した実施例６の内燃機関３００において、その燃料改質装置３５０の空気供給手段（空気供給装置３５４）を図１４に示す空気供給装置４５４へと変更し、過給補助モータ９５の駆動力（過給補助モータ９５への供給電力）を必要最小限に抑えるべく構成する。
【０１５０】
この本実施例７の空気供給装置４５４は、実施例３の空気供給装置３５４において、図１４に示す吸入空気バイパス通路３５４ｃと過給空気流路切替手段３５４ｄを設けて構成する。
【０１５１】
先ず、その吸入空気バイパス通路３５４ｃは、過給空気供給通路２８上の過給空気バイパス通路３５４ａとの接続部分（分岐点）よりも下流側（スロットルバルブ２４側）と吸気通路２１上のコンプレッサ９３の入口側とを接続し、外部から吸入した空気をコンプレッサ９３で加圧させたくないときに使用する通路である。
【０１５２】
ここで、その過給空気供給通路２８は、便宜上、吸入空気バイパス通路３５４ｃとの接続部分を境にして、上流側（コンプレッサ９３側）を第１過給空気供給通路２８ａといい、下流側（スロットルバルブ２４側）を第２過給空気供給通路２８ｂという。従って、過給空気バイパス通路３５４ａは、その第１過給空気供給通路２８ａに接続されている。
【０１５３】
また、過給空気流路切替手段３５４ｄは、その過給空気供給通路２８と吸入空気バイパス通路３５４ｃとの接続部分に配置する。この過給空気流路切替手段３５４ｄとしては、第２過給空気供給通路２８ｂと吸入空気バイパス通路３５４ｃを連通させると共にこれらと第１過給空気供給通路２８ａを遮断させる第１状態と、第１過給空気供給通路２８ａと第２過給空気供給通路２８ｂを連通させると共にこれらと吸入空気バイパス通路３５４ｃを遮断させる第２状態と、を電子制御装置７０の指示により切り替え可能な所謂三方弁を利用する。
【０１５４】
本実施例７の内燃機関４００においては、過給空気流路切替手段３５４ｄを第１状態に切り替えることによって、外部から吸入された吸気通路２１上の空気が吸入空気バイパス通路３５４ｃとコンプレッサ９３に分流する。そして、その吸入空気バイパス通路３５４ｃの吸入空気は、第２過給空気供給通路２８ｂを介して全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室に供給される。また、そのコンプレッサ９３へと流入した吸入空気は加圧され、この過給空気が第１過給空気供給通路２８ａ及び過給空気バイパス通路３５４ａを介して混合部５１ａに供給される。
【０１５５】
一方、この内燃機関４００においては、過給空気流路切替手段３５４ｄを第２状態に切り替えることによって、外部から吸入された吸気通路２１上の空気の全てがコンプレッサ９３に流入し、これにより加圧された過給空気が第１過給空気供給通路２８ａを介して第２過給空気供給通路２８ｂと過給空気バイパス通路３５４ａに分流する。即ち、過給空気流路切替手段３５４ｄが第２状態に切り替えられるということは、前述した実施例６の空気供給装置３５４と同等の状態になるということである。従って、その第２過給空気供給通路２８ｂに流入した過給空気は全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室に供給され、その過給空気バイパス通路３５４ａに流入した過給空気は混合部５１ａに供給される。
【０１５６】
このようなことから、過給空気流路切替手段３５４ｄを第１状態に切り替えることが好ましい状況とは、改質ガスでの運転が求められているときで且つ燃焼室よりも混合部５１ａにて過給空気が必要とされる低中負荷運転領域のときである。一方、過給空気流路切替手段３５４ｄを第２状態に切り替えることが好ましい状況とは、改質ガスでの運転が求められているときで且つ燃焼室と混合部５１ａの双方に十分な過給空気を供給可能な高負荷運転領域のときである。
【０１５７】
従って、本実施例７の電子制御装置７０は、低中負荷運転領域において過給空気流路切替手段３５４ｄを第１状態へと切り替えさせ、高負荷運転領域において過給空気流路切替手段３５４ｄを第２状態へと切り替えさせるよう構成する。その際の切り替え判断に用いられる内燃機関４００の負荷状態は、一般に点火時期等の燃焼制御を行う為に電子制御装置７０が常時算出しているので、これを利用する。
【０１５８】
ここで、本実施例７においては、低中負荷運転領域のときに過給圧に応じて過給補助モータ９５を駆動させるので、低中負荷運転領域であることが過給補助条件になる。また、ここでは、負荷が発生していない機関始動前についても過給補助条件として設定する。
【０１５９】
以下に、本実施例７の内燃機関４００の動作について図１５のフローチャートに基づき説明する。尚、その動作の大半は前述した実施例６と同様に為されるので、ここでは、その相違点を中心に説明する。
【０１６０】
先ず、本実施例７の電子制御装置７０は、実施例６と同様に、排気浄化装置４２の排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）以上になっているか否か判定し（ステップＳＴ４１）、所定温度に達していなければ、燃料改質触媒５１ｂを所定温度（改質反応可能な活性温度）まで上昇させ（ステップＳＴ４２）、空気流量制御手段３５４ｂを開弁制御して過給空気供給通路２８と混合部５１ａとを連通させる（ステップＳＴ４３）。尚、ここでも、そのステップＳＴ４２及びステップＳＴ４３の動作は、何れを先に実行してもよく、また、同時に実行してもよい。
【０１６１】
続いて、この電子制御装置７０は、過給補助条件（低中負荷運転領域又は機関始動前）か否かを判定する（ステップＳＴ４４）。
【０１６２】
ここで、その過給補助条件に合致していれば、本実施例７の電子制御装置７０は、過給空気流路切替手段３５４ｄを第１状態に切り替えて、第２過給空気供給通路２８ｂと吸入空気バイパス通路３５４ｃを連通させると共にこれらと第１過給空気供給通路２８ａを遮断させる（ステップＳＴ６１）。そして、この電子制御装置７０は、実施例６と同様にして過給圧に応じた過給補助モータ９５の駆動力を算出し（ステップＳＴ４５）、この過給補助モータ９５を駆動させる（ステップＳＴ４６）。その駆動力は、実施例６と同様に、所定圧力まで全過給圧を上昇させる為に必要な値が求められる。
【０１６３】
これにより、外部から吸入された空気は、吸気通路２１を介して吸入空気バイパス通路３５４ｃとコンプレッサ９３に分流する。そして、その吸入空気バイパス通路３５４ｃに流入した吸入空気は、第２過給空気供給通路２８ｂを介して全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室に供給される。
【０１６４】
一方、過給補助モータ９５の駆動力によって全過給圧が所定圧力まで上昇するので、コンプレッサ９３に流入した吸入空気は、ここで加圧された後、第１過給空気供給通路２８ａ及び過給空気バイパス通路３５４ａを介して、空気流量制御手段３５４ｂの開弁角度に応じた流量で混合部５１ａへと供給される。そこで、この電子制御装置７０は、実施例６と同様に、燃料改質手段５１において改質ガスを生成させ（ステップＳＴ４７）、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄを改質ガスで運転させる（ステップＳＴ４８）。
【０１６５】
これにより、この内燃機関４００は、機関始動前であれば改質ガスで始動されるので、機関始動時から優れたエミッション性能を確保することができる。また、機関始動中においては、改質ガスでの運転に切り替えられ、その改質ガスによる優れたエミッション性能を確保することができる。しかる後、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４１に戻る。
【０１６６】
一方、上記ステップＳＴ４４の判定時に過給補助条件に合致していなければ（即ち、高負荷運転領域であれば）、本実施例６の電子制御装置７０は、過給空気流路切替手段３５４ｄを第２状態に切り替えて、第１過給空気供給通路２８ａと第２過給空気供給通路２８ｂを連通させると共にこれらと吸入空気バイパス通路３５４ｃを遮断させ（ステップＳＴ６２）、更に、排気ガスのみで十分な過給圧を得ることができるので、過給補助モータ９５を停止させる（ステップＳＴ４９）。
【０１６７】
これにより、外部から吸入された空気は、その全てが吸気通路２１を介してコンプレッサ９３に流入する。そして、このコンプレッサ９３で加圧された過給空気は、第１過給空気供給通路２８ａを介して第２過給空気供給通路２８ｂと過給空気バイパス通路３５４ａに分流する。
【０１６８】
その過給空気バイパス通路３５４ａに流入した過給空気は、空気流量制御手段３５４ｂの開弁角度に応じた流量で混合部５１ａに供給される。従って、この電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４７，ＳＴ４８に進んで全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）を改質ガスで運転させる。この内燃機関４００は、改質ガスでの始動直後であればこの改質ガスでの運転が継続され、また、炭化水素系燃料で運転されていたのであればこの炭化水素系燃料での運転状態から改質ガスでの運転に切り替えられる。
【０１６９】
この電子制御装置７０は、上述したステップＳＴ４８の動作を経た後上記ステップＳＴ４１に戻り、排気浄化触媒担体温度が所定温度（活性温度）に達するまで上記の動作を繰り返して改質ガスで運転させ、エミッション性能を確保しながら排気浄化装置４２の活性化を図る。この排気浄化装置４２の活性化後は、本実施例７においても主燃料での運転に切り替える。
【０１７０】
そこで、本実施例７の電子制御装置７０は、上記ステップＳＴ４１にて排気浄化触媒担体温度が所定温度に達していると判定された際に、燃料改質装置４５０を停止させる（ステップＳＴ５０）。本実施例７の燃料改質装置４５０の場合には、実施例６と同様に、燃料供給手段５３からの炭化水素系燃料の噴射と第１から第４の改質ガス供給手段５５ａ〜５５ｄからの改質ガスの噴射を夫々停止させると共に、空気流量制御手段３５４ｂを閉弁制御して第１過給空気供給通路２８ａと混合部５１ａとの間を遮断させ、且つ、その際、過給補助モータ９５が駆動していれば、これも停止させる。更に、この燃料改質装置４５０の場合には、過給空気流路切替手段３５４ｄが第１状態になっていれば、これを第２状態に切り替える。
【０１７１】
そして、この電子制御装置７０は、実施例６と同様に、全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）を炭化水素系燃料で運転させる（ステップＳＴ５１）。
【０１７２】
このように、本実施例７の内燃機関４００は、電動アシスト機能付き排気ターボ過給機９０の過給空気を改質ガス生成時の空気として利用すべく構成しているので、実施例６の内燃機関３００と同様の効果を奏することができる。
【０１７３】
また、本実施例７の内燃機関４００においては、低中負荷運転領域で改質ガスの生成が求められているときには過給空気を混合部５１ａのみに供給させるので、その過給空気が全気筒（第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄ）の燃焼室にも供給されていた実施例６の内燃機関３００に比べて全過給圧が低くても、混合部５１ａで必要とされる十分な空気量を確保することができる。従って、この内燃機関４００によれば、過給補助モータ９５の駆動力による過給圧を実施例６のときと比して低くできるので、その駆動力（過給補助モータ９５への供給電力）を必要最小限に抑えることができ、バッテリ８１の消費電力の低下が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、特別な専用のエアポンプ等を用意せずとも既設の構成要素を利用して燃料改質装置に空気を供給する技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明に係る内燃機関の実施例１における全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の燃料改質装置の一例を示す図である。
【図３】実施例１の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。
【図４】エアポンプとして作動させる一部の気筒における空気排出時期と、その空気の燃料改質装置への供給時期と、燃料改質装置への燃料噴射時期と、その燃料の燃料改質装置への供給時期と、の関係について説明する図である。
【図５】本発明に係る内燃機関の実施例２における全体構成を示す図である。
【図６】実施例２の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。
【図７】実施例２における内燃機関の変形例の動作について説明するフローチャートである。
【図８】実施例３の内燃機関においてエアポンプとして作動させる一部の気筒の吸気バルブと排気バルブの作動線の一例を示す図であって、全ての気筒で燃焼動作させる通常燃焼時の作動線とその一部の気筒をエアポンプとして作動させる際の作動線を表した図である。
【図９】実施例４の内燃機関においてエアポンプとして作動させる一部の気筒の吸気バルブと排気バルブの開閉時期の一例を示す図であって、この一部の気筒を燃焼動作させる際のバルブ開閉時期とエアポンプとして作動させる際のバルブ開閉時期を表した図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の実施例５における全体構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る内燃機関の実施例６における全体構成を示す図である。
【図１２】実施例６，７における電動アシスト機能付き排気ターボ過給機の一例を示す図である。
【図１３】実施例６の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。
【図１４】本発明に係る内燃機関の実施例７における全体構成を示す図である。
【図１５】実施例７の内燃機関の動作について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７６】
１，１００，２００，３００，４００  内燃機関
１１ａ〜１１ｄ  第１から第４の気筒
１２ａ〜１２ｄ  第１から第４の吸気バルブ
１４ａ〜１４ｄ  第１から第４の排気バルブ
２０  吸気経路
２１  吸気通路
２７  吸気マニホルド
２８  過給空気供給通路
２８ａ  第１過給空気供給通路
２８ｂ  第２過給空気供給通路
３０ａ〜３０ｄ  第１から第４の主燃料噴射装置
４０  排気経路
４１  排気マニホルド
４１ａ〜４１ｄ  排気通路
４１ｅ  集合部
４２  排気浄化装置
５０，１５０，２５０，３５０，４５０  燃料改質装置
５１  燃料改質手段
５１ａ  混合部
５１ｂ  燃料改質触媒
５２  改質ガス供給路
５３  燃料供給手段
５４，１５４，２５４  筒内ガス供給装置
５４ａ  筒内ガス供給通路
５４ｂ  筒内ガス流路切替手段
５４ｃ  筒内ガス貯留タンク
５４ｄ  筒内ガス流量制御手段
５４ｅ  逆止弁
５５ａ〜５５ｄ  第１から第４の改質ガス供給手段
７０  電子制御装置
８１  バッテリ
９０  電動アシスト機能付き排気ターボ過給機
９１  タービン
９３  コンプレッサ
９５  過給補助モータ
２４０  排気経路
２４１  排気マニホルド
２５４ａ  筒内ガス供給通路
３５４，４５４  空気供給装置
３５４ａ  過給空気バイパス通路
３５４ｂ  空気流量制御手段
３５４ｃ  吸入空気バイパス通路
３５４ｄ  過給空気流路切替手段
【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】
2007263039.tif 000012
【図１１】
2007263039.tif 000013
【図１２】
2007263039.tif 000014
【図１３】
2007263039.tif 000015
【図１４】
2007263039.tif 000016
【図１５】
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