JP2009144555A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、改質燃料の供給開始、停止または増量、減量等を行う場合に、空燃比を安定的に保持することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０は、改質燃料が供給されることによって可燃ガスを生成する燃料改質触媒２８を備える。改質ＥＧＲ制御の実行時には、改質燃料噴射弁３４により触媒２８に改質燃料を供給し、触媒２８で生成された可燃ガスを吸気系に還流させる。ＥＣＵ５０は、改質燃料の供給を開始または増量してから、排気空燃比がリッチ側に変化したことを確認した時点で、燃料噴射装置１８による主燃料の噴射量を減量する。これにより、改質燃料（可燃ガス）の供給変化が燃焼に反映される前に、主燃料の噴射量が減量されてしまい、混合気が一時的に過剰なリーン空燃比となるのを回避することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃料改質触媒によって燃料から可燃ガスを生成し、この可燃ガスを吸気系に還流させる構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００６−２９１７７５号公報）に開示されているように、排気ガスの熱を利用して燃料を可燃ガスに改質する構成とした内燃機関が知られている。この種の従来技術による内燃機関の制御装置は、水蒸気改質反応等によって改質燃料から可燃ガスを生成するための燃料改質触媒を備えている。

燃料改質触媒により生成された可燃ガスは、排気ガスと共に吸気系に還流され、これによって改質ＥＧＲ制御が行われる。改質ＥＧＲ制御では、吸気系に還流された可燃ガスが混合気（主燃料）と共に燃焼に寄与する。このため、改質ＥＧＲ制御の開始時には、可燃ガスが燃焼に寄与する分だけ、主燃料の噴射量を減量することが多い。

しかし、触媒に改質燃料を供給してから、可燃ガスが燃焼室に到達するまでの間には、ある程度の時間遅れが存在する。このため、改質燃料の供給を開始した時点で主燃料を直ちに減量すると、混合気が一時的に過剰なリーン空燃比となる虞れがある。そこで、従来技術では、改質燃料の供給を開始してから、可燃ガスが燃焼室に到達したと予測される時間（到達予測時間）が経過した時点で、主燃料を減量する構成としている。

特開２００６−２９１７７５号公報

ところで、上述した従来技術では、改質燃料の供給を開始してから、到達予測時間が経過した時点で、主燃料を減量する構成としている。この到達予測時間を設定するにあたっては、改質ＥＧＲ制御の各プロセスに必要な時間を考慮する必要がある。ここで、各プロセスに必要な時間とは、例えば改質燃料が排気ガスの流れに乗って触媒に到達するまでの時間、触媒上で改質反応が進むのに必要な時間、さらには触媒で生成された可燃ガスが吸気通路等を通って燃焼室に到達するまでの時間、などである。

しかしながら、これらの時間は、内燃機関の運転状態（例えば排気ガスの流量や圧力、触媒温度等）に応じて様々に変化する。このため、従来技術では、改質ＥＧＲ制御を開始したり、改質燃料の供給量を増量するときに、運転状態に応じて到達予測時間を適切に設定するのが難しいという問題がある。そして、到達予測時間の設定が不適切である場合には、例えば混合気が過剰なリーン空燃比となって燃費性能や運転性が悪化したり、改質ＥＧＲ制御の効果が十分に発揮されないことになる。

一方、改質ＥＧＲ制御を停止したり、改質燃料の供給量を減量する場合にも、上述の場合とほぼ同様の問題が生じる。即ち、改質ＥＧＲ制御の実行中には、前述したように、可燃ガスが燃焼に寄与する分だけ、主燃料の噴射量を減量していることが多い。この状態で、改質燃料の停止や減量だけを不用意に実行すると、混合気が過剰なリーン空燃比となり、燃費性能や運転性が悪化するという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、改質燃料の供給開始、停止または増量、減量等を行う場合に、任意の運転状態において、主燃料の噴射状態を適切なタイミングで切換えることができ、空燃比を安定的に保持することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の燃焼室に向けて主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
改質燃料が供給されたときに前記改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
前記燃料改質触媒に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、
内燃機関の排気ガスと前記可燃ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
内燃機関の運転状態に応じて前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を開始または増量する改質燃料増量手段と、
前記改質燃料増量手段が作動することにより、前記空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定するリッチ判定手段と、
前記リッチ判定手段により空燃比がリッチ側に変化したと判定したときに、前記主燃料噴射手段による主燃料の噴射量を減量する主燃料減量手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記改質燃料増量手段が作動した時点から判定禁止期間が経過するまでの間に、前記リッチ判定手段の判定動作を禁止する判定禁止手段を備える構成としている。

第３の発明は、内燃機関の燃焼室に向けて主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
改質燃料が供給されたときに前記改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
前記燃料改質触媒に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、
内燃機関の排気ガスと前記可燃ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を停止または減量するときに、前記主燃料噴射手段による主燃料の噴射量を増量する主燃料増量手段と、
前記主燃料増量手段が作動した時点またはそれ以降に、前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を停止または減量する改質燃料減量手段と、
を備えることを特徴とする。

第４の発明は、前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記主燃料増量手段が作動することにより、前記空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定するリッチ判定手段と、を備え、
前記改質燃料減量手段は、前記リッチ判定手段により空燃比がリッチ側に変化したと判定したときに、前記改質燃料の停止または減量を行う構成としている。

第１の発明によれば、改質燃料の供給を開始したときには、可燃ガスが燃焼室に到達したことを、排気空燃比の変化によって正確かつ容易に確認することができる。これにより、可燃ガスが実際に燃焼に寄与するようになってから、その分だけ主燃料の噴射量を減量することができる。このため、内燃機関の運転状態に応じて可燃ガスが燃焼に寄与するまでの遅れ時間が変化する場合でも、任意の運転状態において、主燃料の減量タイミングを適切に設定することができる。

従って、可燃ガスが燃焼に寄与する前に主燃料が減量されたり、これによって混合気が過剰なリーン空燃比となるのを確実に防止することができ、改質燃料の供給開始時に混合気の空燃比を安定させることができる。また、改質燃料の供給を一旦開始した後に、その供給量を増量する場合にも、排気空燃比がリッチ側に変化した時点で、主燃料の噴射量を減量することができる。従って、この場合にも、燃料供給を開始する場合と同様の効果を得ることができる。

第２の発明によれば、判定禁止期間内には、例えばノイズ等の外乱により空燃比検出手段の出力が乱れた場合でも、この出力の乱れを無視することができる。このため、可燃ガスが燃焼室に到達するはずのないタイミングで、外乱による誤判定が起きるのを確実に防止することができる。また、判定禁止期間の経過後には、空燃比検出手段の出力に応じて判定動作を確実に行うことができる。従って、ノイズ等の外乱に対する信頼性を高めることができる。

第３の発明によれば、改質燃料の供給を停止することにより、可燃ガスが吸気系に還流されなくなったとしても、主燃料の噴射量を予め増量しておくことができる。つまり、改質燃料の停止に備えて主燃料の噴射状態を適切なタイミングで切換えることができる。これにより、改質燃料の停止時に、混合気が過剰なリーン空燃比となるのを確実に防止することができ、空燃比を安定的に保持することができる。また、改質燃料の供給量を減量する場合にも、主燃料の噴射量を予め増量しておくことができる。従って、この場合にも、燃料供給を停止する場合と同様の効果を得ることができる。

第４の発明によれば、主燃料を増量することにより、排気空燃比がリッチ側に変化してから、改質燃料の供給を停止または減量することができる。これにより、主燃料の増量が燃焼に反映されたことを、排気空燃比の変化によって確認することができる。従って、例えば主燃料の増量が足りなかった場合には、改質燃料の供給停止を遅らせることも可能となり、供給停止や減量のタイミングを確実に把握することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、例えば多気筒型の内燃機関１０を備えている。この内燃機関１０は、例えばアルコールとガソリンとを混合した燃料によって運転されるものであり、本実施の形態では、その一例として、エタノールとガソリンとの混合燃料を用いるものとする。

内燃機関１０の吸気管１２は、吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。吸気管１２の途中には、吸入空気量を調整する電動式のスロットル弁１６が設置されている。各気筒の吸気ポートには、主燃料噴射手段としての燃料噴射装置１８がそれぞれ設けられている。これらの燃料噴射装置１８は、電磁弁等からなり、気筒内の燃焼室に向けて燃料（以下、主燃料と称す）を噴射する。

内燃機関１０の排気管２０は、排気マニホールド２２を介して各気筒の排気ポートに接続されている。また、排気管２０の途中には熱交換器２４が設けられている。そして、熱交換器２４内には、複数の改質室２６が互いに間隔をもって形成されており、これらの改質室２６内には、例えばＲｈ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属材料を含有する燃料改質触媒２８が担持されている。

各改質室２６の間には、改質室２６と遮断された排気通路３０が設けられている。これらの排気通路３０は、排気管２０の途中に接続されている。このように構成された熱交換器２４によれば、排気通路３０を通過する排気ガスの熱により、改質室２６（燃料改質触媒２８）を加熱することができる。この加熱により、燃料改質触媒２８は、後述の改質反応を生じさせることができる。

排気管２０には、熱交換器２４の上流側で分岐する分岐管３２が設けられている。分岐管３２の下流側は、熱交換器２４の改質室２６に接続されている。分岐管３２の途中には、改質燃料供給手段としての改質燃料噴射弁３４が設けられている。この改質燃料噴射弁３４は、電磁弁等からなり、分岐管３２内を流れる排気ガス中に燃料（以下、改質燃料と称す）を噴射、供給するものである。

この構成により、排気管２０を流れる排気ガスの一部は、分岐管３２によって改質室２６に導入され、改質燃料噴射弁３４によって改質燃料の供給を受ける。これらの排気ガスと改質燃料との混合ガスは、改質室２６に流入し、燃料改質触媒２８の作用によって後述の改質反応を起こす。

この改質反応により生成された改質ガス（可燃ガス）は、排気ガスと混合されたＥＧＲガスとなる。そして、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気管１２内に還流され、吸入空気と混合される。ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するための冷却器３８と、吸気管１２に対するＥＧＲガスの還流量（以下、ＥＧＲ量と称す）を可変に設定する電磁式の流量調整弁４０とが設けられている。ＥＧＲ通路３６と流量調整弁４０とは、本実施の形態のＥＧＲ手段を構成している。

また、排気管２０を流れる排気ガスのうち、分岐管３２に流入しなかった残りの排気ガスは、熱交換器２４の排気通路３０を通過し、改質室２６に熱を供給する。そして、この排気ガスは、排気管２０に設けられた三元触媒等からなる排気浄化触媒４２によって浄化され、外部に排出される。

一方、内燃機関１０において、エタノールとガソリンとの混合燃料は、燃料タンク４４に貯留されている。燃料タンク４４には、タンク内の燃料を加圧した状態で外部に送出するための燃料ポンプ（図示せず）が付設されている。この燃料ポンプの吐出側には、ポンプから吐出された燃料（主燃料及び改質燃料）を燃料噴射装置１８及び改質燃料噴射弁３４にそれぞれ供給する燃料配管４６が接続されている。

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、空燃比検出手段としての排気ガスセンサ５２と、燃料性状センサ５４と、触媒温度センサ５６とを含むセンサ系統が接続されている。

排気ガスセンサ５２は、例えばＡ／Ｆセンサ等により構成され、排気管２０に設けられている。そして、排気ガスセンサ５２は、排気ガスの空燃比を検出し、その検出信号をＥＣＵ５０に出力する。また、燃料性状センサ５４は、例えば燃料配管４６に設けられており、燃料中のガソリンとアルコールとの混合比率を検出する。触媒温度センサ５６は、熱交換器２４の改質室２６に設けられており、改質室２６（燃料改質触媒２８）の温度を検出するものである。

また、ＥＣＵ５０の入力側に接続されたセンサ系統には、例えば機関回転数を検出する回転センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等のように、内燃機関１０の運転制御に用いられる一般的なセンサが含まれている。

一方、ＥＣＵ５０の出力側には、前述したスロットル弁１６、燃料噴射装置１８、改質燃料噴射弁３４、流量調整弁４０、燃料ポンプ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転状態をセンサ系統によって検出しつつ、各アクチュエータを駆動することによって運転制御を行う。

この運転制御では、吸入空気量、アクセル開度等に応じて主燃料の噴射量を算出し、当該噴射量分の主燃料を燃料噴射装置１８から噴射させる。また、排気ガスセンサ５２の出力を用いて空燃比フィードバック制御を実行し、排気浄化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となるように制御する。

（改質ＥＧＲ制御）
また、ＥＣＵ５０は、以下に述べるように、排気ガスと改質燃料との改質反応によって生成された改質ガスを、排気ガスと共に吸気管１２内に還流させる改質ＥＧＲ制御を行う。この改質ＥＧＲ制御では、まず分岐管３２内を流れる排気ガスに対して、改質燃料噴射弁３４から改質燃料を噴射し、これらの混合ガスを改質室２６に流入させる。このとき、ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の運転状態、燃料中のエタノール濃度、燃料改質触媒２８の温度等に応じて、改質燃料の適切な噴射量（供給量）を決定する。

これにより、改質室２６内では、燃料改質触媒２８の作用により、混合ガス中のエタノールと、排気ガス中の水蒸気および二酸化炭素とが改質反応（水蒸気改質反応）を起こす。この水蒸気改質反応により、下記の(１)式に示すように、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成される。

C₂H₅OH＋0.4CO₂＋0.6H₂O＋2.3N₂＋Q1→3.6H₂＋2.4CO＋2.3N₂ ・・・（１）

また、混合ガス中のガソリンも、下記の(２)式に示すように、排気ガス中の水蒸気および二酸化炭素と改質反応を起こす。

1.56(7.6CO₂＋6.8H₂O＋40.8N₂)＋3C_7.6H_13.6＋Q2
→31H₂＋34.7CO＋63.6N₂ ・・・（２）

上記(１)式中の熱量Q1、及び(２)式中の熱量Q2は、改質反応によって吸収される反応熱である。即ち、これらの改質反応は吸熱反応であるから、上記(１)，(２)式中の右辺で表される改質ガスの有する熱量は、当該各式の左辺に記載された反応前の物質が有する熱量よりも大きくなる。

このため、熱交換器２４によれば、排気通路３０を通過する排気ガスの熱を燃料改質触媒２８に伝達し、上記改質反応に吸収させることができる。つまり、本実施の形態のシステムでは、排気ガスの熱を回収、利用して、改質燃料をより熱量の大きい物質（Ｈ_２及びＣＯ）に転換することができる。

なお、ガソリンの改質反応で必要な熱量Q2は極めて大きいので、この改質反応が生じるためには、例えば燃料改質触媒２８が６００℃以上の高温となる必要がある。このため、内燃機関１０の運転中には、エタノールの改質反応が広い運転領域で安定的に生じるのに対し、ガソリンの改質反応は、例えば排気温度が上昇する高回転・高負荷運転領域等に限って、効率よく生じるようになる。

上記の改質反応により得られた改質ガスは、排気ガスと混合することによりＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気管１２内に還流され、吸入空気と混合される。このとき、ＥＣＵ５０は、吸気管１２に還流されるＥＧＲガスの還流量を流量調整弁４０によって制御する。そして、ＥＧＲガスは、吸入空気と共に内燃機関１０の気筒内に流入し、改質ガス中のＨ_２とＣＯは、燃料噴射装置１８から噴射された燃料と共に気筒内で燃焼する。

この場合、改質ガスは、前述したように、熱交換器２４によって排気ガスの熱を回収した分だけ、元の燃料よりも熱量が増えている。このため、改質ガスを内燃機関１０で燃焼させることにより、システム全体としての熱効率が向上するので、内燃機関１０の燃費性能を改善することができる。しかも、熱交換器２４によれば、触媒専用の加熱機器や加熱エネルギを用いなくても、排気ガスの熱を利用して燃料改質触媒２８を加熱することができる。これにより、運転効率の高い排気熱回収型のシステムを構成することができる。

また、改質ＥＧＲ制御は、改質ガスを含むＥＧＲガスを吸気系に還流させることにより、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)としての効果を高めることができる。一般に、ＥＧＲ率を高くしていくと、燃焼が不安定になるので、ＥＧＲ率には上限がある。これに対し、改質ＥＧＲ制御の実行時には、ＥＧＲガス中に可燃ガスが含まれる分だけ燃焼状態が良好となる。

このため、改質ＥＧＲ制御では、排気ガスのみを吸気系に還流させる通常のＥＧＲ制御と比較して、ＥＧＲ率の上限を高め、ＥＧＲ量を増大させることができる。従って、改質ＥＧＲ制御によれば、多量のＥＧＲガスを吸気系に還流させることが可能となるので、燃費性能を更に向上させることができ、またエミッションを改善することができる。

［実施の形態１の特徴部分］
上述したように、改質ＥＧＲ制御中には、改質ガスが燃焼に寄与するので、主燃料を通常の量で噴射していると、混合気が過剰なリッチ空燃比となり易い。このため、改質ＥＧＲ制御を開始したり、改質燃料の噴射量（改質噴射量）を増量するときには、その分だけ主燃料の噴射量を減量する。なお、以下の説明では、改質噴射を開始する場合を例に挙げて説明する。

図２は、改質ＥＧＲ制御を開始するときのタイムチャートであり、このタイムチャートは、改質噴射量、空燃比及び主燃料の噴射量の時間的な関係を示している。この図に示すように、改質噴射が開始されると、この噴射燃料により生成された改質ガスは、ある程度の遅れ時間をもって燃焼室に到達する。この結果、遅れ時間が経過した後には、主燃料と改質ガスとによって混合気がリッチ空燃比となり、これに伴って排気空燃比もリッチ側に変化する。

このため、本実施の形態では、改質噴射が開始された時点で主燃料を減量せず、この時点では主燃料の噴射量を改質噴射前のレベルに保持する。そして、改質噴射が燃焼に反映されることにより排気空燃比がリッチ側に変化したか否かを、排気ガスセンサ５２の出力によって判定する。

ここで、「排気空燃比がリッチ側に変化する」とは、改質噴射前の排気空燃比と比較して、改質噴射後の排気空燃比がリッチ側に変化することを意味している。そして、排気空燃比がリッチ側に変化したときには、改質噴射が燃焼に反映されたと判断されるので、主燃料の噴射量を減量し、この噴射量を改質ＥＧＲ制御に対応したレベルに設定する。

この構成によれば、改質噴射を開始したときには、改質ガスが燃焼室に到達したことを、排気空燃比の変化によって正確かつ容易に確認することができる。これにより、上記の遅れ時間に関係なく、改質ガスが実際に燃焼に寄与するようになってから、その分だけ主燃料の噴射量を減量することができる。このため、内燃機関の運転状態に応じて遅れ時間が変化する場合でも、任意の運転状態において、主燃料の減量タイミングを適切に設定することができる。

従って、本実施の形態によれば、改質燃料が燃焼に寄与する前に主燃料が減量されたり、これによって混合気が過剰なリーン空燃比となるのを確実に防止することができる。この結果、改質噴射の開始時に混合気の空燃比を安定させることができ、改質ＥＧＲ制御の効果を十分に発揮することができる。

次に、改質ＥＧＲ制御中に改質噴射量を増量する場合について説明する。この場合にも、改質燃料の増量分が燃焼に反映されるまでには時間遅れがある。そこで、上述した噴射開始の場合とほぼ同様に、改質噴射量を増量してから、排気空燃比がリッチ側に変化した時点で、主燃料の噴射量を減量する。このときの減量レベルは、改質噴射量の増量レベルに応じて設定される。従って、改質噴射量を増量する場合にも、噴射開始の場合と同様の作用効果を得ることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図３は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、内燃機関の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ステップ１００では、内燃機関の運転状態（例えば吸入空気量、負荷状態、機関回転数等）をセンサ系統によって検出する。ステップ１０２では、例えば上述の負荷状態と機関回転数とに応じてＥＧＲ制御用のマップ等を参照することにより、現在の運転状態に適したＥＧＲ量を算出する。

次に、ステップ１０４では、触媒温度センサ５６等によって排気ガス（または燃料改質触媒２８）の温度を検出する。ステップ１０６では、例えば内燃機関の運転状態、排気ガスの流量、触媒温度等に応じて設定された改質開始条件が成立したときに、改質ＥＧＲ制御を開始する。即ち、改質燃料噴射弁３４から分岐管３２内に改質燃料を噴射させる。この場合、改質噴射量は、例えば内燃機関の運転状態、流量調整弁４０の開度、排気ガスの温度及び圧力等に応じて設定される。

次に、ステップ１０８では、排気ガスセンサ５２の出力を用いて、排気空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定する。ここで「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１０６で噴射した改質燃料が燃焼室に到達したと判断される。そこで、この場合には、ステップ１１０で主燃料の噴射量を減量し、この噴射量を改質ＥＧＲ制御に対応したレベルに設定する。そして、ステップ１１２では、空燃比フィードバック制御を実行し、その後に終了する。

一方、ステップ１０８で「ＮＯ」と判定したときには、改質噴射によって排気空燃比が変化していないので、まだ改質燃料が燃焼室に到達していないと判断される。そこで、この場合には、排気空燃比がリッチ側に変化するまで、ステップ１０８で待機する。これにより、改質ガスが燃焼に寄与するタイミングを確実に捉えることができ、このタイミングに合わせて主燃料を減量することができる。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照しつつ、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態は、前記実施の形態１と同一のシステム構成（図１）を備えているので、基本的なシステム構成の説明は省略するものとする。

［実施の形態２の特徴部分］
本実施の形態では、改質噴射を開始してから排気空燃比がリッチ側に変化するまでの期間のうち、少なくとも一部の期間を判定禁止期間として設定している。そして、判定禁止期間中には、排気空燃比がリッチ側に変化したか否かの判定を禁止する構成としている。

改質噴射を開始してから排気空燃比がリッチ側に変化するまでの遅れ時間は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。判定禁止期間とは、実用上生じ得る最短の遅れ時間よりも短い時間として設定された時間である。つまり、排気空燃比は、改質噴射の開始後にどんなに早く変化したとしても、判定禁止期間内に変化することはない設定となっている。

この構成によれば、判定禁止期間内には、例えばノイズ等の外乱により排気ガスセンサ５２の出力が乱れた場合でも、この出力の乱れを無視することができる。このため、改質ガスが燃焼室に到達するはずのないタイミングで、外乱による誤判定が起きるのを確実に防止することができる。また、判定禁止期間の経過後には、排気ガスセンサ５２の出力に応じて判定動作を確実に行うことができる。従って、本実施の形態によれば、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる上に、ノイズ等の外乱に対する信頼性を高めることができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図５は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、内燃機関の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ステップ２００〜２０４では、前記実施の形態１のステップ１００〜１０４と同様の処理を行う。次に、ステップ２０６では、例えば内燃機関の運転状態、排気ガスの流量、圧力、触媒温度等に応じて、判定禁止期間を適切な長さに設定する。また、ステップ２０８では、実施の形態１と同様に、改質ＥＧＲ制御の実行条件（触媒温度が適切であるか等）が成立している場合に、改質噴射を開始する。このとき、ＥＣＵ５０は、判定禁止期間を計測するためのタイマをスタートさせる。

次に、ステップ２１０では、前記タイマを参照することにより、判定禁止期間が経過したか否かを判定する。ここで「ＹＥＳ」と判定したときには、空燃比の判定を行うためにステップ２１２に移る。また、ステップ２１０で「ＮＯ」と判定したときには、まだ空燃比を判定する必要がないタイミングなので、判定禁止期間が経過するまで待機する。

そして、ステップ２１２〜２１６では、実施の形態１のステップ１０８〜１１２と同様の処理を行い、終了する。このように、改質噴射を開始してから判定禁止期間が経過した時点で、排気空燃比の判定を開始することができ、その判定結果に応じて主燃料の噴射量を減量することができる。

実施の形態３．
次に、図６及び図７を参照しつつ、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態は、前記実施の形態１と同一のシステム構成（図１）を備えているので、基本的なシステム構成の説明は省略するものとする。

［実施の形態３の特徴部分］
本実施の形態では、改質ＥＧＲ制御を停止したり、改質噴射量を減量するときに、これに先立って主燃料の噴射量を増量する構成としている。なお、以下の説明では、改質噴射を停止する場合を例に挙げて説明する。

改質ＥＧＲ制御中には、改質ガスが燃焼に寄与する分だけ、主燃料の噴射量が減量された状態となっている。この状態で改質噴射を停止すると、混合気が過剰なリーン空燃比となる虞れがある。このため、本実施の形態では、主燃料を予め増量しておき、この増量と同時か、または増量が実施された後に、改質噴射を停止するものである。

図６は、改質ＥＧＲ制御を停止するときのタイムチャートであり、このタイムチャートは、ＥＧＲ量、主燃料の噴射量、空燃比及び改質噴射量の時間的な関係を示している。この図に示すように、改質ＥＧＲ制御の停止時には、まずＥＧＲ量を、改質ＥＧＲ制御による設定量から通常のＥＧＲ制御による設定量に減量する。ここで、通常のＥＧＲ制御とは、改質ガスを含まない排気ガスのみを吸気系に還流させる制御である。改質ＥＧＲ制御によるＥＧＲ量は、通常のＥＧＲ制御と比較して多くなるように設定されている。

そして、ＥＧＲ量を通常の状態に復帰させた後には、主燃料の噴射量を増量する。この場合、主燃料の増量レベルは、例えば改質噴射を停止することで生じる空燃比の低下を補償することが可能な量として、ＥＣＵ５０により算出される。主燃料の噴射量が増量すると、この増量動作が比較的短時間で混合気の空燃比に反映され、これに伴って排気空燃比もリッチ側に変化する。

このとき、ＥＣＵ５０は、主燃料の噴射量を増量することにより排気空燃比がリッチ側に変化したか否かを、排気ガスセンサ５２の出力によって判定する。そして、排気空燃比がリッチ側に変化したときには、改質噴射を停止しても過剰なリーン空燃比にはならないので、改質噴射を停止する。

このように、本実施の形態によれば、改質噴射を停止することにより、改質ガスが吸気系に還流されなくなったとしても、これに先立って主燃料の噴射量を予め増量しておくことができる。つまり、改質噴射の停止に備えて主燃料の噴射状態を適切なタイミングで切換えることができる。これにより、改質ＥＧＲ制御の停止時に、混合気が過剰なリーン空燃比となるのを確実に防止することができる。従って、空燃比を安定的に保持しつつ、改質ＥＧＲ制御をスムーズに停止させることができる。

しかも、本実施の形態では、主燃料を増量することにより、排気空燃比がリッチ側に変化してから、改質噴射を停止する構成としている。これにより、主燃料の増量が燃焼に反映されたことを、排気空燃比の変化によって確認することができる。従って、例えば主燃料の増量が足りなかった場合には、改質噴射の停止を遅らせることも可能となり、噴射停止のタイミングを確実に把握することができる。

次に、改質ＥＧＲ制御を停止せずに、改質噴射量を減量する場合について説明する。この場合にも、改質噴射量を減量する前に、その分だけ主燃料の噴射量を予め増量しておく。そして、主燃料を増量することにより排気空燃比がリッチ側に変化してから、改質噴射量を減量する。従って、改質噴射量を減量する場合にも、改質噴射を停止する場合と同様の作用効果を得ることができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図７は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７に示すルーチンは、内燃機関の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ステップ３００では、改質停止フラグがＯＮとなっているか否かを判定する。改質停止フラグとは、改質ＥＧＲ制御中において、例えば内燃機関の運転状態、排気ガスの流量、触媒温度等に応じて設定された改質停止条件が成立したときに、ＯＮ状態に設定されるものである。

そして、ステップ３００で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在実行中の改質ＥＧＲ制御を停止するために、ステップ３０２以降で停止処理を行う。また、ステップ３００で「ＮＯ」と判定したときには、そのまま終了する。

次に、ステップ３０２では、内燃機関の運転状態（例えば吸入空気量、負荷状態、機関回転数等）をセンサ系統によって検出する。また、ステップ３０４では、流量調整弁４０の開度を小さくしてＥＧＲ量を減量することにより、ＥＧＲ量を通常のＥＧＲ制御時のレベルに戻す。

ステップ３０６では、例えば吸入空気量、アクセル開度、冷却水温等に応じて主燃料の噴射量を算出する。この噴射量には、改質噴射を停止することで生じる空燃比の低下を補償するための増量分が含まれている。そして、ステップ３０８では、前記噴射量分の主燃料を燃料噴射装置１８から燃焼室に向けて噴射する。この結果、主燃料の噴射量は、改質噴射の停止処理を開始する前の噴射量と比較して増大する。

次に、ステップ３１０では、排気ガスセンサ５２の出力を用いて、排気空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定する。ここで「ＹＥＳ」と判定したときには、主燃料の増量が燃焼に反映されたと判断し、ステップ３１２で改質噴射を停止する。なお、ステップ３１２では、必ずしも改質噴射量を一度に零にする必要はなく、例えば改質噴射量を所定量だけ減量する構成としてもよい。そして、この場合には、ステップ３０８〜３１２の処理を、改質噴射量が零になるまで繰返す構成とすればよい。

一方、ステップ３１０で「ＮＯ」と判定したときには、まだ主燃料の増量が燃焼に反映されていないと判断される。そこで、この場合には、排気空燃比がリッチ側に変化するまで、ステップ３１０で待機する。このように、本実施の形態によれば、主燃料の噴射量を増量した状態で改質ＥＧＲ制御を停止することができ、このときに空燃比を安定させることができる。

なお、前記各実施の形態では、図３，図５中のステップ１０６，２０８が改質燃料増量手段の具体例を示している。また、ステップ１０８，２１２は、請求項１におけるリッチ判定手段の具体例を示し、ステップ１１０，２１４は主燃料減量手段の具体例を示している。また、図５中のステップ２１０は、判定禁止手段の具体例を示している。一方、図７中のステップ３０８は主燃料増量手段の具体例を示し、ステップ３１２は改質燃料減量手段の具体例を示している。また、ステップ３１０は、請求項４におけるリッチ判定手段の具体例を示している。

また、前記実施の形態３では、図７中のステップ３１０において、空燃比がリッチ側に変化したときに、改質噴射を停止または減量する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図８に示す変形例のように構成してもよい。この変形例では、ステップ３１０′において、排気空燃比が目標値に達したときに、改質噴射を停止または減量する。この目標値は、例えばリッチ空燃比に対応する値を有し、内燃機関の運転状態等に応じて可変に設定される。この構成によれば、運転状態等に応じて空燃比の判定条件を適切に変更することができ、判定精度を高めることができる。

また、本発明では、実施の形態１，２においても、上述の目標値を用いる構成としてもよい。即ち、図３，図５中のステップ１０８，２１２では、排気空燃比が目標値に達したときに、主燃料の噴射量を減量するようにしてもよい。これにより、前記変形例と同様の作用効果を得ることができる。

また、実施の形態１，２では、改質ＥＧＲ制御の開始時に行う制御について説明し、実施の形態３では、改質ＥＧＲ制御の停止時に行う制御について説明した。この場合、本発明は、実施の形態１，３を組合わせる構成としてもよく、また実施の形態２，３を組合わせる構成としてもよい。

また、実施の形態では、改質燃料として、ガソリンとエタノールとの混合燃料を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばメタノール等を含めた他のアルコールと、ガソリンとの混合燃料を改質燃料として用いる構成としてもよい。

また、本発明に適用される燃料は、少なくともガソリンを含む燃料であればよく、アルコールを含有する燃料に限定されるものではない。即ち、本発明は、例えばガソリンのみによって構成された燃料、及びガソリンにアルコール以外の材料を混入した燃料にも適用することができる。

さらに、実施の形態では、排気ガスの熱を利用して燃料改質触媒２８を加熱するものとした。しかし、本発明は、必ずしも排気ガスの熱を利用する必要はなく、非排気熱回収型の内燃機関に適用してもよい。即ち、本発明は、排気ガス以外の熱源（例えば、専用の加熱機器等）によって燃料改質触媒２８を加熱する構成としてもよい。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体図である。 改質噴射量、空燃比及び主燃料の噴射量の時間的な関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、改質噴射量、空燃比及び主燃料の噴射量の時間的な関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＥＧＲ量、主燃料の噴射量、空燃比及び改質噴射量の時間的な関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気管
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ 燃料噴射装置（主燃料噴射手段）
２０ 排気管
２４ 熱交換器
２６ 改質室
２８ 燃料改質触媒
３０ 排気通路
３２ 分岐管
３４ 改質燃料噴射弁（改質燃料供給手段）
３６ ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
３８ 冷却器
４０ 流量調整弁（ＥＧＲ手段）
４２ 排気浄化触媒
４４ 燃料タンク
４６ 燃料配管
５０ ＥＣＵ
５２ 排気ガスセンサ（空燃比検出手段）
５４ 燃料性状センサ
５６ 触媒温度センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に向けて主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
   改質燃料が供給されたときに前記改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
   前記燃料改質触媒に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、
   内燃機関の排気ガスと前記可燃ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
   前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を開始または増量する改質燃料増量手段と、
   前記改質燃料増量手段が作動することにより、前記空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定するリッチ判定手段と、
   前記リッチ判定手段により空燃比がリッチ側に変化したと判定したときに、前記主燃料噴射手段による主燃料の噴射量を減量する主燃料減量手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記改質燃料増量手段が作動した時点から判定禁止期間が経過するまでの間に、前記リッチ判定手段の判定動作を禁止する判定禁止手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室に向けて主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
   改質燃料が供給されたときに前記改質燃料から可燃ガスを生成する燃料改質触媒と、
   前記燃料改質触媒に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、
   内燃機関の排気ガスと前記可燃ガスとの混合ガスであるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ手段と、
   前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を停止または減量するときに、前記主燃料噴射手段による主燃料の噴射量を増量する主燃料増量手段と、
   前記主燃料増量手段が作動した時点またはそれ以降に、前記改質燃料供給手段による改質燃料の供給を停止または減量する改質燃料減量手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記主燃料増量手段が作動することにより、前記空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定するリッチ判定手段と、を備え、
   前記改質燃料減量手段は、前記リッチ判定手段により空燃比がリッチ側に変化したと判定したときに、前記改質燃料の停止または減量を行う構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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