(57)【要約】【課題】燃料を改質して生成した改質ガスをエンジンに供給するシステムにおいて、ＥＧＲガス流量に左右されずに幅広い運転領域で改質ガスを安定供給できるようにする。【解決手段】ＥＧＲ配管２４に、改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射弁２７と、改質用燃料噴射弁２７により供給される燃料を改質する燃料改質触媒２８を配置する。更に、改質用燃料噴射弁２７の上流側に、ＥＧＲガス中の未燃ガスを浄化する三元触媒２９を配置し、この三元触媒２９の下流側に水を供給する水噴射弁３０を、三元触媒２９と熱交換する水供給通路３２を介してＥＧＲ配管２４に接続して、水噴射弁３０から噴射された水が水供給通路３２を通過する際に三元触媒２９の熱で気化して水蒸気となった状態でＥＧＲ配管２４に供給されるようにする。そして、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度と要求水蒸気濃度とが等しくなるように水噴射弁３０による水供給量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の排気通路（１４）から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ通路（２４）と、前記ＥＧＲ通路（２４）に改質用の燃料を供給する改質用燃料供給手段（２７）と、前記ＥＧＲ通路（２４）に配置されて前記改質用燃料供給手段（２７）により供給される燃料を改質する燃料改質触媒（２８）とを備えた内燃機関の燃料改質装置において、
前記ＥＧＲ通路（２４）のうちの前記燃料改質触媒（２８）の上流側に水を供給する水供給手段（３０）を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路（２４）のうちの前記燃料改質触媒（２８）の上流側に配置されて該ＥＧＲ通路（２４）内の未燃ガスを浄化する酸化触媒（２９）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項３】
前記水供給手段（３０）は、前記酸化触媒（２９）と熱交換する水供給通路（３２）を介して前記ＥＧＲ通路（２４）に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項４】
前記改質用燃料供給手段（２７）は、前記酸化触媒（２９）と熱交換する改質用燃料供給通路（３６）を介して前記ＥＧＲ通路（２４）に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ通路（２４）のうちの前記燃料改質触媒（２８）の上流側に配置されて該ＥＧＲ通路（２４）内の水分濃度を検出する水分濃度検出手段（３３）と、
前記水分濃度検出手段（３３）で検出した水分濃度に基づいて前記水供給手段（３０）による水供給量と前記改質用燃料供給手段（２７）による燃料供給量のうちの少なくとも一方を制御する制御手段（３５）と
を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料を改質する機能を備えた内燃機関の燃料改質装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料を改質する技術としては、例えば、特許文献１（特開２００８−２０２４９７号公報）に記載されているように、内燃機関の排気通路から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路の途中に、改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射装置と燃料を改質する燃料改質触媒とを配置し、改質用燃料噴射装置により供給される燃料とＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を燃料改質触媒で改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成し、その改質ガスを内燃機関の吸気通路に供給するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０２４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、燃料とＥＧＲガス中の水分等を改質反応させて改質ガスを生成するシステムでは、ＥＧＲガス流量によってＥＧＲガス中の水分量が変化して、改質反応に使用可能な水分量が変化する。このため、例えば、要求ＥＧＲガス流量が少ない運転領域や要求改質量が多い運転領域では、要求改質量に対応した要求水分量（要求改質量を実現するのに必要な水分量）に対して、ＥＧＲガス中の水分量（改質反応に使用可能な水分量）が不足して、改質ガスを十分に供給できない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＥＧＲガス流量に左右されずに幅広い運転領域で改質ガスを安定供給することができる内燃機関の燃料改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排気通路（１４）から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ通路（２４）と、このＥＧＲ通路（２４）に改質用の燃料を供給する改質用燃料供給手段（２７）と、ＥＧＲ通路（２４）に配置されて改質用燃料供給手段（２７）により供給される燃料を改質する燃料改質触媒（２８）とを備えた内燃機関の燃料改質装置において、ＥＧＲ通路（２４）のうちの燃料改質触媒（２８）の上流側に水を供給する水供給手段（３０）を備えた構成としたものである。
【０００７】
この構成では、ＥＧＲ通路に水を供給する水供給手段を備えているため、例えば、要求ＥＧＲガス流量が少ない運転領域や要求改質量が多い運転領域で、要求改質量に対応した要求水分量（要求改質量を実現するのに必要な水分量）に対して、ＥＧＲガス中の水分量が不足していても、水供給手段によりＥＧＲ通路に水を供給することで、改質反応に使用可能な水分量を増加させて、要求水分量を確保することができる。これにより、ＥＧＲガス流量に左右されずに幅広い運転領域で改質ガスを安定供給することができ、幅広い運転領域で内燃機関の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は水分制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は実施例２のエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１４（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒１５が設けられている。
【００１１】
このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１６が搭載されている。この過給機１６は、排気管１４のうちの触媒１５の上流側に排気タービン１７が配置されると共に、吸気管１２にコンプレッサ１８が配置され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１７を回転駆動することでコンプレッサ１８を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。
【００１２】
吸気管１２のうちのコンプレッサ１８の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラ１９が設けられ、このインタークーラ１９の下流側に、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ２０が設けられている。また、エンジン１１の各気筒毎に、それぞれ筒内又は吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。各気筒の燃料噴射弁２１には、燃料タンク２２内の燃料が燃料ポンプ（図示せず）により圧送されて供給される。更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各気筒の点火プラグの火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
【００１３】
このエンジン１１には、排気管１４から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＥＧＲ装置２３が搭載されている。このＥＧＲ装置２３は、排気管１４のうちの排気タービン１７の上流側と吸気管１２のうちのコンプレッサ１８の上流側との間にＥＧＲ配管２４（ＥＧＲ通路）が接続されている。このＥＧＲ配管２４に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２５が設けられ、ＥＧＲ配管２４と吸気管１２との接続部（合流部）に、ＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁２６が設けられている。このＥＧＲ弁２６を開弁することで排気管１４からＥＧＲ配管２４を通して吸気管１２へＥＧＲガスを還流させるようになっている。
【００１４】
ＥＧＲ配管２４のうちのＥＧＲクーラ２５の上流側には、ＥＧＲ配管２４内に改質用の燃料を噴射（供給）する改質用燃料噴射弁２７（改質用燃料供給手段）が設けられている。この改質用燃料噴射弁２７には、燃料噴射弁２１と共通の燃料タンク２２内の燃料が燃料ポンプにより圧送されて供給される。
【００１５】
また、ＥＧＲ配管２４のうちの改質用燃料噴射弁２７の下流側には、改質用燃料噴射弁２７により供給される燃料を改質する燃料改質触媒２８が配置されている。この燃料改質触媒２８は、排気管１４内を流れる排出ガスと熱交換するように構成され、排出ガスの熱を利用して燃料と水分（水蒸気）等を改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成する。
【００１６】
更に、ＥＧＲ配管２４のうちの燃料改質触媒２８及び改質用燃料噴射弁２７の上流側には、ＥＧＲ配管２４内を流れるＥＧＲガス中の未燃ガスを浄化する三元触媒２９（酸化触媒）が配置されている。また、ＥＧＲ配管２４のうちの燃料改質触媒２８及び改質用燃料噴射弁２７よりも上流側で且つ三元触媒２９よりも下流側に水を供給する水噴射弁３０（水供給手段）が設けられている。この水噴射弁３０には、水タンク３１内の水がフィルタ等（図示せず）を通して供給される。この水噴射弁３０は、三元触媒２９と熱交換するように配管された水供給通路３２を介してＥＧＲ配管２４に接続され、水噴射弁３０から噴射された水が水供給通路３２を通過する際に三元触媒２９の熱で気化して水蒸気となった状態でＥＧＲ配管２４に供給されるようになっている。
【００１７】
更に、ＥＧＲ配管２４のうちの燃料改質触媒２８及び改質用燃料噴射弁２７よりも上流側で且つ水供給通路３２との接続部よりも下流側には、ＥＧＲ配管２４内の水蒸気濃度（水分濃度）を検出する水蒸気濃度センサ３３（水分濃度検出手段）が設けられ、ＥＧＲ配管２４のうちの燃料改質触媒２８の下流側には、燃料改質触媒２８から流出するＥＧＲガスの温度を検出する温度センサ３４が設けられている。
【００１８】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３５に入力される。このＥＣＵ３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００１９】
また、ＥＣＵ３５は、所定の改質実行条件が成立したときに、ＥＧＲ弁２６を開弁して排気管１４からＥＧＲ配管２４を通して吸気管１２へＥＧＲガスを還流させながら、改質用燃料噴射弁２７でＥＧＲ配管２４内に改質用の燃料を噴射（供給）して気化させ、その燃料と少なくともＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を燃料改質触媒２８で改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成し、その改質ガスを吸気管１２に供給する。
【００２０】
しかし、例えば、要求ＥＧＲガス流量が少ない運転領域や要求改質量が多い運転領域では、要求改質量に対応した要求水分量（要求改質量を実現するのに必要な水分量）に対して、ＥＧＲガス中の水分量が不足する可能性がある。
【００２１】
そこで、本実施例１では、ＥＣＵ３５により後述する図２の水分制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態から求めた要求改質量に基づいて要求水蒸気濃度を算出し、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度と要求水蒸気濃度とが等しくなるように水噴射弁３０による水供給量を制御する。
【００２２】
以下、ＥＣＵ３５が実行する図２の水分制御ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す水分制御ルーチンは、ＥＣＵ３５の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、エンジン運転状態に応じた要求ＥＧＲガス流量を読み込む。
【００２３】
この後、ステップ１０３に進み、エンジン運転状態に基づいて要求改質量（例えば燃料改質量の要求値又は改質ガス量の要求値）をマップ等により算出した後、ステップ１０４に進み、温度センサ３４で検出したＥＧＲガスの温度を改質温度として読み込む。
【００２４】
この後、ステップ１０５に進み、改質温度（温度センサ３４の検出値）が規定値以上であるか否かを判定し、改質温度が規定値よりも低いと判定された場合には、燃料改質触媒２８が燃料改質可能な状態ではないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００２５】
一方、上記ステップ１０５で、改質温度が規定値以上であると判定された場合には、燃料改質触媒２８が燃料改質可能な状態であると判断して、ステップ１０６に進み、要求改質量及びその他の条件（例えば燃料性状や温度条件等）に基づいて要求水蒸気／燃料割合（要求改質量を実現するのに必要な水蒸気量と燃料量との割合）をマップ等により算出した後、ステップ１０７に進み、要求改質量及びその他の条件に基づいて改質燃料添加量（改質用燃料噴射弁２７の燃料噴射量）をマップ等により算出する。
【００２６】
この後、ステップ１０８に進み、要求水蒸気／燃料割合と改質燃料添加量とに基づいて要求水蒸気濃度（要求水蒸気／燃料割合を実現するのに必要な水蒸気濃度）を算出した後、ステップ１０９に進み、水蒸気濃度センサ３３で検出したＥＧＲ配管２４内の実水蒸気濃度を読み込む。
【００２７】
この後、ステップ１１０に進み、実水蒸気濃度（水蒸気濃度センサ３３の検出値）が要求水蒸気濃度よりも高いか否かを判定し、実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度よりも高いと判定された場合には、現在のＥＧＲガス流量で水蒸気過多の状態であると判断して、上記ステップ１０６に戻り、適正な改質条件（要求水蒸気／燃料割合、改質燃料添加量、要求水蒸気濃度）を再設定する。
【００２８】
一方、上記ステップ１１０で、実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度以下であると判定された場合には、ステップ１１１に進み、実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度と等しいか否かを判定する。
【００２９】
このステップ１１１で、実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度と等しくない（つまり実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度よりも低い）と判定された場合には、ステップ１１２に進み、実水蒸気濃度と要求水蒸気濃度とが等しくなるように水噴射弁３０による水供給量を制御してＥＧＲ配管２４内に水（水蒸気）を供給することでＥＧＲ配管２４内の水蒸気量を増加させて、上記ステップ１１０に戻る。
【００３０】
一方、上記ステップ１１１で、実水蒸気濃度が要求水蒸気濃度と等しいと判定された場合には、ステップ１１３に進み、改質用燃料噴射弁２７を作動させてＥＧＲ配管２４内に改質用の燃料を供給する。これにより、燃料改質触媒２８で燃料と水分（水蒸気）等を改質反応させて水素や一酸化炭素を生成することで、燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成する。
【００３１】
以上説明した本実施例１では、ＥＧＲ配管２４に水を供給する水噴射弁３０を設けた構成としているため、例えば、要求ＥＧＲガス流量が少ない運転領域や要求改質量が多い運転領域で、要求改質量に対応した要求水分量に対して、ＥＧＲガス中の水分量が不足していても、水噴射弁３０によりＥＧＲ配管２４内に水（水蒸気）を供給することで、改質反応に使用可能な水分量を増加させて、要求水分量を確保することができる。これにより、ＥＧＲガス流量に左右されずに幅広い運転領域で改質ガスを安定供給することができ、幅広い運転領域でエンジン性能を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施例１では、ＥＧＲ配管２４に三元触媒２９を配置するようにしたので、三元触媒２９でＥＧＲガス中の未燃ガスを浄化してＥＧＲガス中の未燃ガスを低減することができ、更に、未燃ガスの浄化反応により水（水蒸気）を生成してＥＧＲガス中の水分量を増加させることができると共に、未燃ガスの浄化反応により発生する熱でＥＧＲガスの温度を上昇させることができる。
【００３３】
更に、本実施例１では、水噴射弁３０を三元触媒２９と熱交換する水供給通路３２を介してＥＧＲ配管２４に接続して、水噴射弁３０から噴射された水が水供給通路３２を通過する際に三元触媒２９の熱で気化して水蒸気となった状態でＥＧＲ配管２４に供給されるようにしたので、均質で安定した水蒸気を燃料改質触媒２８に供給することができ、その結果、改質ガスを更に安定供給することができ、エンジン性能向上効果を安定して得ることができる。
【００３４】
また、本実施例１では、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度と要求水蒸気濃度とが等しくなるように水噴射弁３０による水供給量を制御するようにしたので、実水蒸気濃度を要求水蒸気濃度に精度良く制御することができる。
【実施例２】
【００３５】
次に、図３を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００３６】
本実施例２では、図３に示すように、改質用燃料噴射弁２７は、三元触媒２９と熱交換するように配管された改質用燃料供給通路３６を介してＥＧＲ配管２４に接続され、改質用燃料噴射弁２７から噴射された燃料が改質用燃料供給通路３６を通過する際に三元触媒２９の熱で気化した状態でＥＧＲ配管２４に供給されるようになっている。その他のシステム構成は、前記実施例１と同じである。
【００３７】
以上説明した本実施例２では、改質用燃料噴射弁２７を三元触媒２９と熱交換する改質用燃料供給通路３６を介してＥＧＲ配管２４に接続して、改質用燃料噴射弁２７から噴射された燃料が改質用燃料供給通路３６を通過する際に三元触媒２９の熱で気化した状態でＥＧＲ配管２４に供給されるようにしたので、均質で安定した気化燃料を燃料改質触媒２８に供給することができ、その結果、改質ガスを更に確実に安定供給することができ、エンジン性能向上効果を更に安定して得ることができる。
【００３８】
尚、上記各実施例１，２では、水噴射弁３０を三元触媒２９と熱交換する水供給通路３２を介してＥＧＲ配管２４に接続するようにしたが、これに限定されず、例えば、水供給通路３２を省略して水噴射弁３０から直接、ＥＧＲ配管２４内に水を噴射（供給）する構成としても良い。更に、三元触媒２９を省略した構成としても良い。
【００３９】
また、上記各実施例１，２では、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度に基づいて水噴射弁３０による水供給量を制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度に基づいて水噴射弁３０による水供給量と改質用燃料噴射弁２７による燃料供給量の両方を制御するようにしたり、或は、水蒸気濃度センサ３３で検出した実水蒸気濃度に基づいて改質用燃料噴射弁２７による燃料供給量を制御するようにしても良い。
【００４０】
その他、本発明は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したエンジンに限定されず、機械駆動式の過給機（いわゆるスーパーチャージャ）や電動式の過給機を搭載したエンジンに適用しても良い。或は、過給機付きエンジンに限定されず、過給機を搭載していない自然吸気エンジン（ＮＡエンジン）に適用しても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１４…排気管（排気通路）、２４…ＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）、２７…改質用燃料噴射弁（改質用燃料供給手段）、２８…燃料改質触媒、２９…三元触媒（酸化触媒）、３０…水噴射弁（水供給手段）、３２…水供給通路、３３…水蒸気濃度センサ（水分濃度検出手段）、３５…ＥＣＵ（制御手段）、３６…改質用燃料供給通路
【図１】
2013231360.tif 000003
【図２】
2013231360.tif 000004
【図３】
2013231360.tif 000005