(57)【要約】【課題】改質触媒に金属物質が堆積することを抑制可能な改質触媒の詰まり回避制御システムを提供する。【解決手段】燃料を改質する改質器２０と、改質器２０につき燃料を噴射する改質用燃料噴射弁２４と、燃料中の金属物質の割合として、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを検出する金属物質検出手段５１とを備えた改質触媒の詰まり回避制御システムであって、金属物質検出手段５１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが所定値である金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きい場合に、改質用燃料噴射弁２４から噴射する燃料の量を制限する特定詰まり回避制御手段５３Ａを備える。改質器２０は内燃機関１の吸気系を構成する吸気通路３に排ガスＥｘを還流する、ガス還流通路１０および改質用導管１１によって構成される排気還流通路に設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を改質する改質触媒と、該改質触媒につき燃料を噴射するインジェクタと、燃料中の金属物質の割合を検出する金属物質検出手段とを備えた改質触媒の詰まり回避制御システムであって、
前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記インジェクタから噴射する燃料の量を制限する特定詰まり回避制御手段を備えることを特徴とする改質触媒の詰まり回避制御システム。
【請求項２】
前記改質触媒が内燃機関の吸気系に排気を還流する排気還流通路に設けられており、
前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記特定詰まり回避制御手段が、さらに前記排気還流通路を開閉する排気還流通路開閉手段を閉じることを特徴とする請求項１記載の改質触媒の詰まり回避制御システム。
【請求項３】
前記改質触媒が内燃機関の吸気系に排気を還流する排気還流通路に設けられるとともに、前記改質触媒を迂回するバイパス路が設けられており、
前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記特定詰まり回避制御手段がさらに少なくとも前記バイパス路を開閉するバイパス路開閉手段を開くことを特徴とする請求項１記載の改質触媒の詰まり回避制御システム。
【請求項４】
前記金属物質検出手段が、前記金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いと、前記金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いとに基づいて検出を行うことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の改質触媒の詰まり回避制御システム。
【請求項５】
前記金属物質検出手段が、燃料が新たに燃料タンクに供給されたときに検出を行うことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の改質触媒の詰まり回避制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質触媒の詰まり回避制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関においては燃料を改質する技術として、内燃機関の排気（以下、排ガスとも称す）中に燃料を添加し、両者の混合ガスを改質触媒で改質した改質ガスを内燃機関の吸気系に供給するものが知られている（例えば特許文献１参照）。また燃料を改質する技術としては、内燃機関の燃焼室に導入される空気に燃料を噴射して生成した混合ガスを改質触媒に通すことで、この混合ガスに改質反応を行わせ、混合ガスから水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを内燃機関の吸気系に供給するものも知られている（例えば特許文献２参照）。また燃料を改質する技術に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献３で提案されている。そのほか本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献４で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３７８７９号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７６８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１８７０６６号公報
【特許文献４】特開２０００−２７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで内燃機関に供給される燃料は、例えばノッキングの発生を抑制するために、金属添加物として金属酸化物または有機金属化合物等の金属化合物、金属、または、金属イオン等の金属物質を含むことがある。このような燃料が用いられた場合、改質触媒には金属物質が付着および堆積し、この結果、流路が狭まる形で改質触媒に詰まりが発生してしまうことがある。これに対して改質触媒に詰まりが発生する場合としては、このほか例えば特許文献３で開示されているように改質触媒に炭素が析出および堆積することで詰まりが発生する場合もある。
【０００５】
この点、特許文献３が提案する技術では、改質触媒に炭素が析出することを抑制するためにアルコール含有燃料の量を制御しているが、仮に改質触媒に炭素が堆積した場合であっても、この場合にあっては例えば改質触媒に二次空気を導入することによって堆積した炭素を燃焼させることも可能である。すなわち仮に炭素によって改質触媒に詰まりが発生した場合であっても、この場合には炭素を燃焼させることによって発生した詰まりを解消し得る。しかしながら、金属物質が堆積した結果、改質触媒に詰まりが発生した場合には、炭素が堆積した場合のようには詰まりを解消することはできず、改質触媒自体の交換が必要となってしまう。このため、燃料として金属物質を含む燃料が用いられる場合には、金属物質が改質触媒に堆積することをいかに抑制するかが重要な課題となっている。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、改質触媒に金属物質が堆積することを抑制可能な改質触媒の詰まり回避制御システム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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は燃料を改質する改質触媒と、該改質触媒につき燃料を噴射するインジェクタと、燃料中の金属物質の割合を検出する金属物質検出手段とを備えた改質触媒の詰まり回避制御システムであって、前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記インジェクタから噴射する燃料の量を制限する特定詰まり回避制御手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、改質触媒につき噴射する燃料を制限することによって、改質触媒に金属物質が付着および堆積する結果、改質触媒に詰まりが発生することを抑制できる。なお、噴射する燃料を制限することには、燃料噴射を停止することも含まれる。
【０００８】
また本発明は前記改質触媒が内燃機関の吸気系に排気を還流する排気還流通路に設けられており、前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記特定詰まり回避制御手段が、さらに前記排気還流通路を開閉する排気還流通路開閉手段を閉じる構成であってもよい。本発明によれば、排気還流通路開閉手段を閉じることによって、排ガスが改質触媒を流通することを防止できるので、さらに排ガスに含まれる金属物質が改質触媒に付着および堆積する結果、改質触媒に詰まりが発生することも抑制できる。なお、請求項１記載の本発明にあっては、例えば前述の特許文献２で開示されているように、改質触媒が内燃機関の吸気系に設けられている場合も含まれる。
【０００９】
また本発明は前記改質触媒が内燃機関の吸気系に排気を還流する排気還流通路に設けられるとともに、前記改質触媒を迂回するバイパス路が設けられており、前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、前記特定詰まり回避制御手段がさらに少なくとも前記バイパス路を開閉するバイパス路開閉手段を開く構成であってもよい。本発明によれば、バイパス路開閉手段を開くことによって、排ガスがバイパス通路を流通するようにすることができるので、改質触媒に詰まりが発生することを抑制できるとともに、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うことも可能になり、この結果、さらに燃費の向上等を図ることもできる。
【００１０】
なお、本発明記載の「少なくとも」とは、例えばバイパス路が排気還流通路を開閉する排気還流通路開閉手段を迂回しないように構成されている場合には、特定詰まり回避制御手段がバイパス路開閉手段だけでなく、排気還流通路開閉手段も開くように構成されてもよく、またバイパス路が排気還流通路開閉手段をも迂回するように構成されている場合には、特定詰まり回避制御手段がバイパス路開閉手段と排気還流通路開閉手段とを開くように構成されるほか、バイパス路開閉手段のみを開くように構成されてもよいことを示すものである。またバイパス路が排気還流通路開閉手段をも迂回するように構成されている場合には、特定詰まり回避制御手段はさらにバイパス路が迂回している排気還流通路開閉手段を閉じるように構成されてもよい。
【００１１】
また本発明は前記金属物質検出手段が、前記金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いと、前記金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いとに基づいて検出を行う構成であってもよい。ここで、燃料中の金属物質の割合とノッキングの発生しやすさには相関があるため、金属物質量検出手段は具体的には例えば本発明のようにノッキングの発生度合い（以下、単にノック度合いとも称す）に基づいて燃料中の金属物質の割合を検出（推定）することが好適である。本発明によれば、燃料中の金属物質の割合を精度良く検出することができる。
【００１２】
なお、ノッキングは燃料中の金属物質の割合が大きいほど発生しにくくなる。また、ノッキングの発生度合いには、ノッキングの発生しやすさと相関関係を有し、ノッキングの発生しやすさを指標することが可能な適宜の指標値を適用することができ、この指標値には検出値や推定値や各種の状態量や制御量などが含まれる。この点、内燃機関に設けられたノックセンサの出力に基づき算出されるノック強度に応じて、点火時期が変更される場合には、例えば点火時期をノッキングの発生度合いとすることができる。また金属物質検出手段が行う検出には、例えば本発明のように推定の意味合いも含まれる。この点、請求項１から３いずれか１項記載の本発明にあっては、金属物質検出手段は例えば燃料中の金属物質の量を直接的に検出することによって、燃料中の金属物質の割合を検出してもよい。
【００１３】
また本発明は前記金属物質検出手段が、燃料が新たに燃料タンクに供給されたときに検出を行う構成であってもよい。ここで、燃料中の金属物質の割合は、燃料が新たに供給されるまでの間は変化しないといえるところ、本発明によれば、燃料が新たに供給されたときに金属物質の割合を検出することで、燃料中の金属物質の割合を合理的に検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、改質触媒に金属物質が堆積することを抑制可能な改質触媒の詰まり回避制御システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、この実施例に係る改質触媒の詰まり回避制御システムを含む内燃機関システム１００Ａの全体構成図である。この実施例に係る内燃機関システム１００Ａは、改質器（請求項記載の改質触媒に相当）２０に排ガスＥｘの一部を導き、この排ガスＥｘに炭化水素（ＨＣ）を含む燃料を供給することによって水素（Ｈ2）を生成する。そして、この改質反応によって得られた水素を含むガス（以下改質ガスという）Ｅｘｒを内燃機関１に還流させる。
【００１７】
内燃機関１には４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１に供給される燃料Ｆは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によってポート噴射弁６に供給される。そして、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通る空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７1〜７4を通って各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ導入される。
【００１８】
この実施例においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ燃料Ｆを供給するが、ポート噴射弁を気筒数分用意して、各気筒１ｓ1〜１ｓ4のインテークマニホールド７1〜７4へ燃料Ｆを噴射してもよい。また、ポート噴射弁の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁とを備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。
【００１９】
内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル１７と連動する。この実施例において、アクセル１７の開度はアクセル開度センサ４７で検出されて、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に取り込まれる。アクセル開度センサ４７からのアクセル開度情報を元に、エンジンＥＣＵ５０Ａはスロットル弁４の開度を調整する。
【００２０】
アクセル開度が大きくなると、スロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル開度が小さくなると、スロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３のうち、スロットル弁４よりも上流の部分に設けられるエアフローセンサ４２でその流量が計測されて、計測値はエンジンＥＣＵ５０Ａに取り込まれる。エンジンＥＣＵ５０Ａは、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料噴射量Ｑｆを決定する。
【００２１】
内燃機関１には上記回転数センサ４３や冷却水温を検出するための冷却水温センサ４６のほか、ノックセンサ４８が設けられている。ノックセンサ４８は内燃機関１のシリンダブロック部の振動Ｖｃを検出し、振動Ｖｃを表す信号を出力するようになっている。この信号は、ノック度合いを表す指標値としてのノッキング強度ＳＮを算出するために使用される。
【００２２】
内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、排気通路９を通って改質器２０の排気通路２２へ導入され、排ガスＥｘを改質するための熱を与える。改質器２０から排出された排ガスＥｘは、浄化触媒１６で浄化された後、大気中へ放出される。なお、浄化触媒１６は、改質器２０と内燃機関１との間に配置してもよい。排気通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４５が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、エンジンＥＣＵ５０Ａで決定される燃料噴射量を補正する。
【００２３】
排気通路９からは改質用導管１１が分岐しており、改質用導管１１は、改質器２０の改質室２１と接続されている。改質用導管１１には改質用燃料噴射弁（請求項記載のインジェクタに相当）２４が取り付けられており、この改質用燃料噴射弁２４は、改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘへ改質用燃料Ｆｒを噴射することで、改質器２０につき燃料を噴射する。改質用燃料噴射弁２４には、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１から燃料が供給される。フィードポンプ７１には燃料残量計４９が設けられており、燃料残量計４９は燃料タンク７０内に貯留されている燃料の量（燃料残量）Ｆａを表す信号を出力するようになっている。
【００２４】
フィードポンプ７１には燃料供給配管７２が接続されている。燃料供給配管７２は第１の燃料分岐供給配管７３と、第２の燃料供給配管７４とに分岐している。このうち、第１の燃料分岐供給配管７３がポート噴射弁６に、第２の燃料分岐供給配管７４が改質用燃料噴射弁２４にそれぞれ接続されている。また燃料供給配管７２には金属除去フィルタ７５と、金属除去フィルタ７５を迂回するフィルタバイパス路７６とが設けられており、さらに金属除去フィルタ７５よりも上流側（フィードポンプ７１側）の部分には切替弁７７が設けられている。フィルタバイパス路７７は金属除去フィルタ７５よりも下流側で燃料供給配管７２にそのまま接続されており、金属除去フィルタ７５よりも上流側では切替弁７７を介して燃料供給配管７２に接続されている。
【００２５】
金属除去フィルタ７５は、図３に示すように２つの濾紙７５ａ、７５ｂと、複数の金属物質吸着部材７５ｃとを有して構成されている。一方の濾紙７５ａは金属除去フィルタ７５のうち、上流側の端部を構成しており、他方の濾紙７５ｂは金属除去フィルタ７５のうち、下流側の端部を構成している。各濾紙７５ａ、７５ｂは液体を通過させるとともに、液体中の異物（塵および金属物質等）を捕集するようになっている。各金属物質吸着部材７５ｃは金属物質を吸着するための部材である。各金属物質吸着部材７５ｃは粒状に形成されている。この実施例では、各金属物質吸着部材７５ｃは金属イオンを吸着するキレート樹脂からなる。各金属物質吸着部材７５ｃは濾紙７５ａと濾紙７５ｂとの間に充填されている。
【００２６】
切替弁７７は電子制御で駆動可能な三方弁となっており、フィルタ通過状態と、フィルタ迂回状態とを切り替えることができるようになっている。フィルタ通過状態では、燃料Ｆが金属除去フィルタ７５を流通し、このとき燃料Ｆはフィルタバイパス路７６を流通しないようになっている。一方、フィルタ迂回状態では、燃料Ｆはフィルタバイパス路７６を流通し、このとき燃料Ｆは金属除去フィルタ７５を流通しないようになっている。
【００２７】
このため、切替弁７７の状態がフィルタ通過状態に設定された場合、フィードポンプ７１により送り出された燃料Ｆは、金属除去フィルタ７５を通過した後、ポート噴射弁６および改質用燃料噴射弁２４に到達する。このとき燃料Ｆ中の金属物質が金属除去フィルタ７５によって捕集されることによって、ポート噴射弁６および改質用燃料噴射弁２４に到達する燃料は金属物質が除去された状態となる。このため切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定することで、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給することができる。
【００２８】
一方、切替弁７７の状態がフィルタ迂回状態に設定された場合、フィードポンプ７１により送り出された燃料Ｆは、金属除去フィルタ７５を通過することなくフィルタバイパス路７６を通過して、ポート噴射弁６および改質用燃料噴射弁２４に到達する。このときポート噴射弁６および改質用燃料噴射弁２４に到達する燃料には、金属物質が含まれたままの状態になっている。このため切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定することで、金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給することができる。
【００２９】
またこの実施例では、通常、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定し、後述するように燃料Ｆ中の金属物質の割合を検出する場合にのみ切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定するようにしている。これにより、金属除去フィルタ７５を長持ちさせることができ、ひいてはこの実施例の改質触媒の詰まり回避制御システムによって、改質器２０に金属物質が堆積することを好適に抑制できる。
【００３０】
改質器２０は、改質室２１と排気通路２２とを有して構成される。改質室２１の内壁面には改質用触媒が担持されており、排気通路２２を流れる排ガスＥｘの熱により改質用触媒が加熱されて、活性温度Ｔａ以上に保持される。改質器２０は、複数の改質室２１を備えている。各改質室２１はそれぞれ連通しており、排ガスＥｘと改質用燃料Ｆｒとの混合気（改質用混合気）Ｇｍｒは、改質室２１を通過する間に改質される。改質用触媒には、例えばロジウム系の触媒が用いられる。
【００３１】
改質器２０には、改質用触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ４４が取り付けられる。改質用触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質用触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は高くなる。このため、改質触媒温度が活性温度Ｔａ以上になってから、排ガスＥｘの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ４４により改質用触媒の温度を監視する。なお、改質用触媒にロジウム系の触媒を用いる場合、活性温度Ｔａは６００℃程度である。
【００３２】
改質室２１の出口２１ｏには、改質室２１と、内燃機関１の吸気系を構成する吸気通路３とを接続するガス還流通路１０が取り付けられている。ガス還流通路１０は、排ガスＥｘ又は改質ガスＥｘｒを、内燃機関１の吸気側、すなわち吸気通路３へ還流させる機能を持つ。ガス還流通路１０には、冷却器１２が設けられており、改質室２１で改質された排ガス（改質ガスＥｘｒ）を冷却する。また、冷却器１２とガス還流通路１０の出口１０ｏとの間には、還流流量調整弁（請求項記載の排気還流通路開閉手段に相当）５が設けられており、エンジンＥＣＵ５０Ａからの指令により、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量を調整する。なお、排気還流通路開閉手段としては、還流流量調節弁５の代わりに、例えば電子制御でガス還流通路１０を全開、全閉にすることが可能な開閉弁が適用されてもよい。この実施例では、ガス還流通路１０と改質用導管１１とで請求項記載の排気還流通路が実現されており、このためこの実施例では改質器２０は排気還流通路に設けられている。
【００３３】
排気通路９から改質用導管１１へ導かれた排ガスＥｘは、改質用燃料噴射弁２４から改質用燃料Ｆｒが噴射される。改質用燃料Ｆｒは、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ供給される燃料Ｆの一部であり、内燃機関１の運転条件に応じて改質用燃料Ｆｒの噴射量Ｑｆｒが決定される。改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒは、改質用導管１１から改質室２１へ導入され、改質室２１の内壁面に担持された改質用触媒により、式（１）に示す改質反応により改質されて改質ガスＥｘｒとなる。
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３Ｃ7.6Ｈ13.6＋４１２２ｋＪ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2・・・（１）
【００３４】
ここで、左辺第１項が排ガスＥｘ、左辺第２項が燃料（炭化水素ＣＨであり、この実施例ではガソリン）、右辺が改質ガスＥｘｒを示す。右辺の改質ガスＥｘｒに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して２４ｖｏｌ％である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスＥｘの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスＥｘが改質されるため、内燃機関１に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスＥｘの熱を吸収した分だけ内燃機関１での燃焼における発熱量が増加する。
【００３５】
また、水素（Ｈ2）の発熱量は２４１．７ｋＪ／ｍｏｌであり、ガソリン（ＣＨ1.869）の発熱量は５９６．５ｋＪ／ｍｏｌである。しかし、式（１）の改質反応により、３モルのガソリン（燃料）から３１モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式（１）の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスＥｘｒの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関１の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。
【００３６】
改質室２１で生成された改質ガスＥｘｒは、ガス還流通路１０を通って、吸気通路３へ導入される。改質ガスＥｘｒは、７００℃前後の高温になるため、ガス還流通路１０の途中に設けられた冷却器１２で冷却されてから吸気通路３へ導入される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量（還流流量）は、還流流量調整弁５で制御される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量は、内燃機関１の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関１に導入できるように決定される。この場合、改質ガスＥｘｒに含まれる水素、一酸化炭素（ＣＯ）の量を考慮し、ポート噴射弁６の燃料噴射量を低減して空燃比Ａ／Ｆを最適化する。
【００３７】
改質ガスＥｘｒに含まれる水素（Ｈ2）は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが１／１０程度であり、最大燃焼速度が１０倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＥｘｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。内燃機関１の運転においては、排ガスＥｘを吸気側に還流させる、いわゆるＥＧＲを実行することがある。
【００３８】
内燃機関１が軽負荷で運転されているときにＥＧＲを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスＥｘの環流量（ＥＧＲ量）が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関１の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。この実施例に係る内燃機関１は、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
【００３９】
また、内燃機関１が高負荷（例えばＷＯＴ領域での運転や負荷率で８０％程度を超える領域での運転）においてＥＧＲを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ（λ＝１）で運転できる領域が拡大する。しかし、ＥＧＲにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。この実施例に係る内燃機関１は、排ガスＥｘだけではなく、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒ中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関１の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
【００４０】
次に、エンジンＥＣＵ５０Ａの構成について図２を用いて詳述する。図２に示すようにエンジンＥＣＵ５０Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力及び出力ポート５５、５６と、入力及び出力インターフェイス５７、５８とを有して構成されている。ＣＰＵ５０ｐ、記憶部５０ｍ、入力ポート５５及び出力ポート５６は、バス５４1〜５４3を介して互いに接続されている。
【００４１】
入力ポート５５には、入力インターフェイス５７が接続されている。入力インターフェイス５７には、エアフローセンサ４２、回転数センサ４３、改質触媒床温度センサ４４、Ａ／Ｆセンサ４５、冷却水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、ノックセンサ４８、燃料残量計４９その他の、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御などに必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御などに必要な情報を取得することができる。
【００４２】
出力ポート５６には、出力インターフェイス５８が接続されている。出力インターフェイス５８には、還流流量調整弁５、ポート噴射弁６、改質用燃料噴射弁２４、切替弁７７その他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象などが接続されている。出力インターフェイス５８は、制御回路５８1、５８2等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、エンジンＥＣＵ５０ＡのＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御などを行うことができる。
【００４３】
記憶部５０ｍには、ＣＰＵ５０ｐが実行する処理が記述されたコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。エンジンＥＣＵ５０Ａでは、ＣＰＵ５０ｐが記憶部５０ｍに格納されたコンピュータプログラムに基づき処理を実行することで、制御手段や判定手段などの各種の手段が機能的に実現される。
【００４４】
このうちこの実施例では、内燃機関１の運転制御を行うための運転制御手段５４のほか、本発明と関連性が高い手段として具体的には例えば図２に示すように金属物質検出手段５１や、ノック度合い算出手段５２や、特定詰まり回避制御手段５３Ａが機能的に実現される。
金属物質検出手段５１は、燃料中の金属物質の割合を検出するための構成である。この点、金属物質検出手段５１はこの実施例では具体的には燃料中の金属物質の割合として、燃料に含まれる金属物質の濃度（以下、燃料中金属添加物濃度Ｃｍと称す）を検出（算出）するように構成されている。
また金属物質検出手段５１は、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給したときのノック度合いと、金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給したときのノック度合いとに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。
さらに金属物質検出手段５１は、燃料が新たに燃料タンク７０に供給されたときに、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを検出するように構成されている。この点、燃料が新たに燃料タンク７０に供給されたか否かは、燃料残量計４９の出力に基づき判定することができる。
【００４５】
ノック度合い算出手段５２は、ノック度合いを算出するための構成である。この点、この実施例ではノック度合い算出手段５２は、ノック度合いとして点火時期ＳＡを算出するように構成されている。具体的には、ノック度合い算出手段５２は、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給したときの点火時期ＳＡ（以下、このときの点火時期ＳＡを除去時点火時期ＳＡｒｓと称す）を算出するにあたって、切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定するように構成されており、また金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給したときの点火時期ＳＡ（以下、このときの点火時期ＳＡを非除去時点火時期ＳＡｎｒｓと称す）を算出するにあたって、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定するように構成されている。
【００４６】
ここでエンジンＥＣＵ５０Ａは、ノックセンサ６６により検出される振動Ｖｃに基づいて算出されるノッキング強度ＳＮが強度閾値ＳＮｔｈ以上となった場合、点火時期ＳＡをより遅角側に補正する。一方、算出されるノッキング強度ＳＮが強度閾値ＳＮｔｈよりも小さい場合、点火時期ＳＡをより進角側に補正する。すなわち、点火時期ＳＡはノッキングが発生しない範囲において可能な限り進角側の時期になるように、ノッキング強度ＳＮに基づいて補正される。なお、このような補正制御は運転制御手段５４によって実現される。
【００４７】
このため、切替弁７７の状態がフィルタ迂回状態に設定されている期間において、点火時期ＳＡは、切替弁７７の状態がフィルタ通過状態に設定された場合よりも進角側の時期に変更されていく。これに対して、ノック度合い算出手段５２は、その後、点火時期ＳＡが略一定になったとき、この点火時期ＳＡを非除去時点火時期ＳＡｎｒｓとして保持することで、非除去時点火時期ＳＡｎｒｓを算出するように構成されている。
【００４８】
一方、切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定した場合には、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定した場合よりもノッキングが発生しやすくなる。このため、点火時期ＳＡは、上記の非除去時点火時期ＳＡｎｒｓよりも遅角側の時期に変更されていく。これに対して、ノック度合い算出手段５２は、その後、点火時期ＳＡが略一定になったとき、この点火時期ＳＡを除去時点火時期ＳＡｒｓとして保持することで、除去時点火時期ＳＡｒｓを算出するように構成されている。
【００４９】
ところで、上述したように、点火時期ＳＡはノッキングが発生しない範囲において可能な限り進角側の時期となるように、ノッキング強度ＳＮに基づいて補正される。したがって点火時期ＳＡは、ノッキングが発生しやすいほどより遅角側の時期に設定される。すなわち、点火時期ＳＡはノッキングの発生しやすさの程度をよく表すため、ノック度合いとして利用できる。また、燃料中の金属物質の割合に応じて、ノッキングの発生しやすさの程度は変化する。
【００５０】
このため前述の金属物質検出手段５１は、この実施例ではさらに具体的には保持された非除去時点火時期ＳＡｎｒｓと、保持された除去時点火時期ＳＡｒｓとの点火時期差ＤＳＡを算出するとともに、算出した点火時期差ＤＳＡに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。また点火時期差ＤＳＡに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するにあたって、金属物質検出手段５１は、算出した点火時期差ＤＳＡに基づいて、図４に示すテーブルマップを参照するとともに、対応する燃料中金属添加物濃度Ｃｍを読み込むことで、燃料中添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。これにより、燃料中金属添加物濃度Ｃｍをより高い精度で検出することができる。なお、図４に示すテーブルマップでは、点火時期差ＤＳＡが大きいほど、燃料中添加物濃度Ｃｍが大きくなるように、燃料中添加物濃度Ｃｍが予め設定されている。
【００５１】
特定詰まり回避制御手段５３Ａは、金属物質検出手段５２が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが所定値（ここでは金属濃度閾値Ｃｍ１）よりも大きい場合に、改質用燃料噴射弁２４から噴射する燃料（すなわち改質用燃料）の量を制限するための構成である。この点、改質用燃料噴射弁２４から噴射する燃料の量を制限するにあたって、特定詰まり回避制御手段５３Ａはこの実施例では具体的には改質用燃料の噴射を停止するように構成されている。
【００５２】
なお、上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施例に係る金属物質検出手段５１やノック度合い算出手段５２や特定詰まり回避制御手段５３Ａや運転制御手段５４などの各種の手段の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この実施例に係る金属物質検出手段５１やノック度合い算出手段５２や特定詰まり回避制御手段５３Ａや運転制御手段５４などの各種の手段は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、その機能が実現されるものであってもよい。この実施例では、改質触媒の詰まり回避制御システムは、改質用触媒を備える改質器２０と、改質用燃料噴射弁２４と、金属物質検出手段５１、ノック度合い算出手段５２、特定詰まり回避制御手段５３Ａおよび運転制御手段５４を備えるエンジンＥＣＵ５０Ａとで実現されている。
【００５３】
次に、エンジンＥＣＵ５０Ａで行われる処理を図５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵ５０ｐは前述のようにして燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するとともに、燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないためリターンしてステップＳ１１に戻る。一方、肯定判定であればＣＰＵ５０ｐは改質用燃料の噴射を停止するための処理を実行する（ステップＳ１２）。これにより、改質用燃料に含まれる金属物質が改質器２０に付着および堆積する結果、改質器２０に詰まりが発生することを抑制できる。このようにこの実施例に係る改質触媒の詰まり回避制御システムは、改質器２０に金属物質が堆積することを抑制することができる。
【実施例２】
【００５４】
この実施例に係る内燃機関システム１００Ｂは、エンジンＥＣＵ５０Ａの代わりにエンジンＥＣＵ５０Ｂが適用されている点以外、内燃機関システム１００Ａと実質的に同一のものとなっている。またエンジンＥＣＵ５０Ｂは特定詰まり回避制御手段５３Ａの代わりに、金属物質検出手段５１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きい場合に、特定詰まり回避制御手段５３Ａに対して、さらに還流流量調整弁５を閉弁制御するように構成された特定詰まり回避制御手段５３Ｂを備えている点以外、エンジンＥＣＵ５０Ａと実質的に同一のものとなっている。このため内燃機関システム１００ＢおよびエンジンＥＣＵ５０Ｂの構成の詳細についてはこの実施例では図示省略する。この実施例では、改質触媒の詰まり回避制御システムは改質器２０と、改質用燃料噴射弁２４と、エンジンＥＣＵ５０Ｂとで実現されている。
【００５５】
次にエンジンＥＣＵ５０Ｂで行われる処理を図６に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、図６に示すフローチャートはステップＳ１３が追加されている点以外、図５に示すフローチャートと同じものとなっている。このためここでは特にステップＳ１３について詳述する。ステップＳ１１で肯定判定であった場合、ＣＰＵ５０ｐは改質用燃料の噴射を停止するための処理を実行するとともに（ステップＳ１２）、還流流量調節弁５を全閉に閉弁制御するための処理を実行する（ステップＳ１３）。これにより、排ガスＥｘが改質器２０を流通することを防止できる。このため、この実施例に係る改質触媒の詰まり回避制御システムによれば、実施例１に係る改質触媒の詰まり回避制御システムと比較して、さらに排ガスＥｘに含まれる金属物質が改質器２０に付着および堆積する結果、改質器２０に詰まりが発生することも抑制できる。
【実施例３】
【００５６】
図７はこの実施例に係る内燃機関システム１００Ｃの全体構成図である。内燃機関システム１００Ｃは改質器２０を迂回するバイパス路２５と、バイパス路２５を開閉するバイパス弁（請求項記載のバイパス路開閉手段に相当）２６とがさらに設けられている点と、エンジンＥＣＵ５０Ａの代わりにエンジンＥＣＵ５０Ｃが適用されている点以外、内燃機関システム１００Ａと実質的に同一のものとなっている。バイパス路２５はこの実施例では具体的にはその一端が排気通路９に連通するとともに、他端がガス還流通路１０に連通するように設けられている。またバイパス弁２６はこの実施例では具体的には電子制御でバイパス路２５の開閉度合いを変更することが可能な流量調節弁で実現されている。但しこれに限られず、バイパス弁２６は例えば電子制御でバイパス路２５を全開、全閉にすることが可能な開閉弁であってもよい。
【００５７】
エンジンＥＣＵ５０Ｃはバイパス弁２６がさらに制御対象として電気的に接続されている点と、特定詰まり回避制御手段５３Ａの代わりに、金属物質検出手段５１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きい場合に、特定詰まり回避制御手段５３Ａに対して、さらにバイパス弁２６と還流流量調節弁５とを開弁制御するように構成された特定詰まり回避制御手段５３Ｃを備えている点以外、エンジンＥＣＵ５０Ａと実質的に同一のものとなっている。このためこの実施例ではエンジンＥＣＵ５０Ｃの構成の詳細については図示省略する。この実施例では、改質触媒の詰まり回避制御システムは改質器２０と、改質用燃料噴射弁２４と、エンジンＥＣＵ５０Ｃとで実現されている。
【００５８】
次にエンジンＥＣＵ５０Ｃで行われる処理を図８に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、図８に示すフローチャートはステップＳ１４が追加されている点以外、図５に示すフローチャートと同じものとなっている。このためここでは特にステップＳ１４について詳述する。ステップＳ１１で肯定判定であった場合、ＣＰＵ５０ｐは改質用燃料の噴射を停止するための処理を実行するとともに（ステップＳ１２）、バイパス弁２６と還流流量調節弁５とを全開に開弁制御するための処理を実行する（ステップＳ１４）。
【００５９】
これにより、排ガスＥｘがバイパス通路２５を流通するようにすることができるので、この実施例に係る改質触媒の詰まり回避制御システムによれば、実施例１に係る改質触媒の詰まり回避制御システムと比較して、改質器２０に詰まりが発生することを抑制できるとともに、ＥＧＲを行うことも可能になり、この結果、さらに燃費の向上等を図ることもできる。なお、この実施例においてはさらに改質用導管１１を電子制御で開閉することが可能な排気還流通路開閉手段（例えば還流流量調節弁５と同様の流量調節弁）を備えるとともに、ステップＳ１４でこの排気還流通路開閉手段を全閉に閉弁制御するようにすることも好適である。
【００６０】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】内燃機関システム１００Ａの全体構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵ５０Ａの構成を模式的に示す図である。
【図３】金属除去フィルタ７５の構成を模式的に示す図である。
【図４】点火時期差ＤＳＡと燃料中金属添加物濃度Ｃｍの相関関係を規定したテーブルマップを模式的に示す図である。
【図５】エンジンＥＣＵ５０Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図６】エンジンＥＣＵ５０Ｂで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図７】内燃機関システム１００Ｃの全体構成図である。
【図８】エンジンＥＣＵ５０Ｃで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  内燃機関
３  吸気通路
５  還流流量調節弁
６  ポート噴射弁
９  排気通路
１０  ガス還流通路
１１  改質用導管
１６  浄化触媒
２０  改質器
２１  改質室
２２  排気通路
２４  改質用燃料噴射弁
２５  バイパス路
２６  バイパス弁
４８  ノックセンサ
４９  燃料残量計
５０  エンジンＥＣＵ
５１  金属物質検出手段
５２  ノック度合い算出手段
５３  特定詰まり回避制御手段
５４  運転制御手段
７０  燃料タンク
７１  フィードポンプ
７５  金属除去フィルタ
７６  フィルタバイパス通路
７７  切替弁
【図１】
2009167919.tif 000003
【図２】
2009167919.tif 000004
【図３】
2009167919.tif 000005
【図４】
2009167919.tif 000006
【図５】
2009167919.tif 000007
【図６】
2009167919.tif 000008
【図７】
2009167919.tif 000009
【図８】
2009167919.tif 000010