JP2007113421A

JP2007113421A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2007113421A
Application number: JP2005303407A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井; Kazuhiro Wakao; 和弘若尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動時に適正な改質ガスを供給して始動することで燃費や排ガス特性の向上を図る。
【解決手段】エンジン１１の始動指令の出力後、温度センサ５４が検出した触媒庄温Ｔｃが触媒活性領域の下限値Ｔ₁以上であって、燃料改質器３０で改質ガスが生成可能であると判定されたときに、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを連結管４２により吸気管２４に供給し、クランキングを行うと共に点火プラグ２７により燃焼室１９内の混合気に点火することで、エンジン１１を始動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関の制御装置に関し、特に、空気と燃料の混合気を改質触媒に供給することで改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした燃料改質システムを制御するものに関するものである。

従来、内燃機関の燃焼室に導入される空気に燃料を噴射し、空気と燃料との混合ガスを改質触媒を通すことで、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、この改質ガスを吸気系統に供給して燃焼させることにより、内燃機関の燃焼効率を上げて燃費の向上を図った内燃機関の燃料改質システムが提案されている。

このような内燃機関の燃料改質システムとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の燃料改質システムでは、吸気管にスロットルバルブが設けられてその下流側がサージタンクに連結され、この吸気管から分岐してバイパス管が設けられ、このバイパス管に流量調整弁及び改質器が設けられており、この改質器は改質反応部を有し、この改質器の上流側に燃料噴射弁が設けられ、下流側がサージタンクに連結された構造となっている。従って、空気が吸気管及びバイパス管を通して改質器に供給されると、この空気に対して燃料が噴射されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質器により改質ガスとなり、この改質ガスと吸気管を通して導入された空気とがサージタンクで混合することで、所定の空燃比を有する混合気となり、この混合気が燃焼室に導入されて燃焼する。

特開２００４−３１５３２０号公報

上述した従来の内燃機関の燃料改質システムにあっては、空気を改質器に供給すると共に、この空気に対して所定量の燃料を供給して混合ガスを形成し、この混合ガスを改質器の改質反応部（改質触媒）に導入して改質ガスを生成し、この改質ガスと吸気管からの吸気とがサージタンクで混合して混合気が生成され、この混合気が燃焼室に導入されて燃焼するようにしている。この場合、改質器の改質反応部では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応することで、部分酸化反応が進行して改質成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成されるものであり、所定の反応を開始させるためには、改質器の改質触媒の温度を予め所定の温度以上にしておく必要があることから、改質ガスを生成するまでには所定の時間が必要となる。

ところで、内燃機関の始動時にも、クランキングを実行しながらこの改質ガスを燃焼室に供給して着火することで、内燃機関を始動する。ところが、上述した従来の内燃機関の燃料改質システムでは、改質器に空気と燃料を供給してから部分酸化反応により改質ガスを生成するまで所定の時間を有することから、この内燃機関の始動時には、燃焼室に水素や一酸化炭素を含む改質ガスを供給することができず、水素や一酸化炭素を含んでいない未改質ガスを供給することとなる。すると、燃焼後の排気ガス中に未燃の炭化水素が含まれてしまい、冷間始動時など排気浄化触媒が十分に活性化していないときには、この未燃の炭化水素を適正に浄化することができず、排ガス特性が悪化してしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の始動時に適正な改質ガスを供給して始動することで燃費や排ガス特性の向上を図った内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを所定温度に加熱された改質触媒に供給することで改質ガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段に対して燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料改質手段に対して酸素を含むガスを供給するガス供給手段と、前記燃料改質手段で生成された改質ガスを吸気通路に供給する改質ガス供給通路と、前記燃料改質手段の改質状況を検出する改質状況検出手段と、クランキングを行うと共に前記燃焼室内の混合気に点火する始動手段と、前記改質状況検出手段の検出結果に基づいて改質ガスが生成されたと判定したときに前記始動手段を作動させる始動制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記改質ガス供給通路を開閉する改質ガス制御弁を設け、前記始動制御手段は、前記改質状況検出手段の検出結果に基づいて改質ガスが生成されたと判定したときに、前記改質ガス制御弁を開放すると共に前記始動手段を作動させることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記改質状況検出手段は、前記燃料改質手段における改質触媒温度を検出する温度センサであり、前記始動制御手段は、前記温度センサが検出した改質触媒温度が予め設定された所定値以上であるときに改質ガスが生成されたと判定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記改質状況検出手段は、前記燃料改質手段における改質触媒近傍の水素濃度または一酸化炭素濃度を検出する濃度センサであり、前記始動制御手段は、前記濃度センサが検出した水素濃度または一酸化炭素濃度が予め設定された所定値以上であるときに改質ガスが生成されたと判定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを所定温度に加熱された改質触媒に供給することで改質ガスを生成する燃料改質手段と、この燃料改質手段の改質状況を検出する改質状況検出手段とを設け、始動制御手段は、改質状況検出手段の検出結果に基づいて改質ガスが生成されたと判定したときに、始動手段を作動してクランキングを行うと共に燃焼室内の混合気に点火するようにしたので、内燃機関の始動指令があったとき、燃料改質手段で改質ガスが生成されるまでは内燃機関を始動せず、改質ガスが生成されてから内燃機関を始動するため、燃焼室に未改質ガスとして有害物質の原因となる炭化水素を含んだ混合ガスが供給されることはなく、適正時期に改質ガスを燃焼室に供給して始動することとなり、燃費を向上することができると共に排ガス特性を向上することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。

実施例１の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１１は、ポート噴射式の４気筒型であって、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結されており、複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクケース１６が締結され、このクランクケース１６内にクランクシャフト１７が回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッド１８を介してこのクランクシャフト１７にそれぞれ連結されている。

このエンジン１１にて、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により燃焼室１９が構成されており、この燃焼室１９は、上部に吸気ポート２０及び排気ポート２１が対向して形成されており、この吸気ポート２０及び排気ポート２１は吸気弁２２及び排気弁２３によって開閉可能となっている。従って、図示しないカムシャフトが回転することで、吸気弁２２及び排気弁２３が所定のタイミングで上下移動し、吸気ポート２０及び排気ポート２１を開閉し、吸気ポート２０と燃焼室１９、燃焼室１９と排気ポート２１とをそれぞれ連通することができる。

そして、吸気管（吸気通路）２４は、上流端部にエアクリーナ２５が取付けられており、その下流端部が吸気ポート２０に連結されている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置２６が設けられている。また、シリンダヘッド１３の下面には、燃焼室１９内の混合気に着火する点火プラグ２７が装着されている。

一方、排気ポート２１には、排気管２８が連結されており、この排気管２８には、三元触媒２９が装着されている。この三元触媒２９は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。

そして、本実施例のエンジン１１には、空気に燃料を供給した後に改質触媒で加熱して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした燃料改質器を有する燃料改質システムが搭載されている。

即ち、燃料改質器（燃料改質手段）３０は、円筒形状をなすハウジング３１内に改質触媒が装着されて改質反応部３２が形成されており、この改質反応部３２に隣接してその上流側に空燃混合部３３が設けられる一方、改質反応部３２に隣接してその下流側に改質ガス排出部３４が設けられている。そして、燃料改質器３０の空燃混合部３３に吸気管３５の下流端部が連結されており、この吸気管３５にはエア制御弁３６及びエアポンプ３７が装着されている。この場合、吸気管３５とエア制御弁３６とエアポンプ３７によりガス供給手段が構成される。また、燃料改質器３０の空燃混合部３３には、吸気管３５を通して導入される吸気に対して燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３８が設けられており、このインジェクタ３８は、燃料供給管３９を介して燃料ポンプ４０及び燃料タンク４１に連結されている。なお、改質反応部３２に設けられた改質触媒は、酸素を含む空気と燃料との混合ガスから改質ガスを生成するための貴金属として、例えば、ジルコニアにロジウムが担持されている。

一方、燃料改質器３０の改質ガス排出部３４には、改質ガス供給通路としての連結管４２の上流端部が連結され、下流端部は吸気管２４における電子スロットル装置２６の下流側に連結されている。そして、この連結管４２に改質ガスタンク４３が設けられると共に、この改質ガスタンク４３よりも下流側に改質ガス制御弁４４が設けられている。

また、燃料改質器３０は、改質触媒により空気と炭化水素系の燃料とが反応し、部分酸化反応が進行することで、改質成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成されるものであるが、この反応を適正に行わせるためには、改質反応部３２（改質触媒）の温度（触媒庄温）を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上にしておく必要がある。即ち、部分酸化反応を用いた改質反応は発熱反応であるため、適切な混合気を供給し続けると自己発熱により改質反応に必要な温度（約９５０℃）に維持される。しかし、改質反応の開始時は、改質触媒が通常温度（大気温度）であるため、ここに適切な混合気を供給しても改質反応は起こらない。改質反応を起こすには、改質触媒を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上にしておく必要がある。そのため、この燃料改質器３０には、改質反応部３２の中心にヒータ用中心電極４５が設けられている。そして、電源部４６及びスイッチ４７に連結された＋電極４８がこの中心電極４５に連結され、−電極４９がハウジング３１に連結されている。この場合、改質触媒をメタルハニカム体により構成することで、中心電極４５からメタルハニカム体、ハウジング３１へと電流が流れ、このメタルハニカム体が発熱する。

従って、エアポンプ３７を作動すると共にエア制御弁３６を開放すると、外部空気が吸気管３５に吸入され、エア制御弁３８によりその吸入空気量が調整されてから燃料改質器３０に供給され、この吸気に対して、インジェクタ３８により燃料噴射が行われる。すると、燃料と空気とが空燃混合部３３で混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質反応部３２に導入され、ここで通電により加熱された改質触媒と部分酸化反応することで改質され、下記数式１に示すように、改質成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。

Ｃ_mＨ_n＋（ｍ／２）Ｏ₂ → ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ₂ ・・・（１）

そして、燃料改質器３０で生成された改質ガスは、改質ガス排出部３４から連結管４２を通して改質ガスタンク４３に貯留され、改質ガス制御弁４４を開放することで、改質ガスが吸気管２４に供給され、吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室１９に導入され、この燃焼室１９にて、点火プラグ２７が混合気に着火することで燃焼し、排気弁２３の開放時に排気ガスが排気ポート２１から排気管２８に排出される。この場合、改質ガスが改質成分である水素と一酸化炭素を含んでいるため、燃焼室１９での燃焼効率がよく、燃費を向上することができると共に、Ｈｃの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が搭載されており、このＥＣＵ５０は、インジェクタ３８や点火プラグ２７などを駆動制御することで、空気量、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ５１が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ５０に出力している。また、電子スロットル装置２６はスロットルポジションセンサを有しており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５０に出力している。更に、クランク角センサ５２は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５０に出力し、このＥＣＵ５０は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ５３が設けられており、現在のアクセル開度をＥＣＵ５０に出力している。

また、ＥＣＵ５０は、エア制御弁３６や中心電極４５に通電するスイッチ４７などを駆動制御することで、燃料改質システムを制御可能となっている。即ち、燃料改質器３０における改質反応部３２には、改質触媒の温度を検出する温度センサ５４が設けられており、現在の改質触媒温度（以下、触媒庄温）をＥＣＵ５０に出力している。

従って、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ５３が検出したアクセル開度に基づいてエンジン１１の目標トルクを設定し、この目標トルクに応じて燃料改質器３０に供給する改質空気量を設定し、エア制御弁３６の開度を制御する。そして、予め設定された燃料改質器３０における混合ガスの空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝５．０）に基づいて、この改質空気量に対する燃料噴射量を設定し、インジェクタ３８の噴射時間を制御する。そして、燃焼室１９に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように、改質ガスに対する吸入空気量を設定し、電子スロットル装置２６のスロットル開度を制御する。また、ＥＣＵ５０は、検出した吸入空気量、クランク角度、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射期間、点火時期などを設定している。更に、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、スイッチ４７を操作することで、中心電極４５に通電することにより改質反応部３２を加熱し、この改質反応部３２の触媒庄温が所定の温度（例えば、４００℃）以上となるように温度制御している。

そして、本実施例の内燃機関の制御装置では、ドライバがイグニッションキースイッチを操作してエンジン１１の始動指令が出力されると、燃料改質器３０で改質ガスが生成されてから、この改質ガスを燃焼室１９に供給してエンジンを始動させるようにしている。

即ち、燃料改質器３０は、空気と燃料との混合ガスを改質触媒により部分酸化反応させることで改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気と混合して燃焼室１９に導入し、混合気に着火して燃焼させることでエンジン１１を始動している。ところが、この燃料改質器３０では、所定の温度（例えば、４００℃）以上で改質が開始され、且つ、部分酸化反応により所定の触媒活性温度領域（例えば、９００〜９５０℃）に維持されると、適正な改質ガスを供給することができるものであり、エンジン１１の始動直後は燃料改質器３０が低温であるため、改質ガスを生成することができず、所定の温度（例えば、４００℃）以上になるまでに所定の時間が必要となる。そのため、エンジン１１の始動直後は、燃料改質器３０で適正な改質ガスを生成することができず、有害物質の原因となる炭化水素などを含んだ未改質ガスを燃焼室１９へ供給し、排ガス特性を悪化させてしまう。

そこで、本実施例にて、燃料改質器３０の改質状況を検出する改質状況検出手段として温度センサ５４を適用し、ＥＣＵ５０は、エンジン始動指令があったとき、この温度センサ５４が検出した触媒庄温が所定の温度まで昇温された後、触媒活性温度領域に維持されたときに適正な改質ガスが生成されたと判定し、その後、改質ガス制御弁４４を開放して燃料改質器３０で生成した改質ガスを燃焼室１９に供給してエンジン１１を始動させるようにしている。この場合、エンジン１１には、クランキングを行う図示しないスタータモータが設けられており、このスタータモータと点火プラグ２７により始動手段が構成されている。

ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置によるエンジン始動制御について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

本実施例の内燃機関の制御装置において、図２に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ５０は、イグニッションキースイッチのＯＮ操作によりエンジン１１の始動指令が出力されると、スイッチ４７をＯＮ操作することで、中心電極４５に通電して燃料改質器３０を加熱し、改質触媒のプレヒートを行い、ステップＳ１２では、温度センサ５４により改質触媒温度Ｔｃを読み込む。そして、ステップＳ１３では、触媒庄温Ｔｃが予め設定された所定の改質開始庄温Ｔ₀（例えば、４００℃）より高くなったかどうかを判定する。このステップＳ１３にて、触媒庄温Ｔｃが改質開始庄温Ｔ₀より高くなったら、ステップＳ１４にて、ＥＣＵ５０は、スイッチ４７をＯＦＦ操作することで、中心電極４５への通電を停止して燃料改質器３０の改質触媒のプレヒートを停止する。

燃料改質器３０の改質触媒が所定の温度になると、ステップＳ１５では、燃料ポンプ４０を駆動すると共にエアポンプ３７を駆動し、ステップＳ１６にて、インジェクタ３８により燃料噴射を行うと共に、エア制御弁３６の開度を制御して燃料改質器３０に空気を供給する。すると、燃料改質器３０の空燃混合部３３では、吸気管３５から導入された空気と、インジェクタ３８から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質反応部３２に導入され、ここで、加熱された改質触媒で部分酸化反応することで混合ガスが改質され、改質成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。

このように燃料改質器３０で改質処理が開始されると、改質触媒での反応熱により昇温されることで、触媒庄温が上昇する。ステップＳ１７では、ＥＣＵ５０が温度センサ５４により改質触媒温度Ｔｃを読み込み、ステップＳ１８にて、触媒庄温Ｔｃが予め設定された所定の触媒活性領域にあるかどうか、例えば、触媒庄温Ｔｃが触媒活性領域の下限値Ｔ₁（例えば、９００℃）以上かどうかを判定する。そして、ここで、触媒庄温Ｔｃが所定の触媒活性領域（Ｔｃ≧Ｔ₁）になければ、ステップＳ１７に戻り、このステップＳ１７、Ｓ１８の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１８にて、触媒庄温Ｔｃが予め設定された所定の触媒活性領域（Ｔｃ≧Ｔ₁）にあれば、ステップＳ１９に移行し、ここで、改質ガス制御弁４４を開放し、燃料改質器３０で生成された改質ガスを連結管４２を通して吸気管２４に供給する。そして、ステップＳ２０にて、スタータモータによりエンジン１１のクランキングを開始すると、吸気管２４に吸気負圧が作用し、外部から吸入された吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室１９に吸入され、ステップＳ２１にて、この燃焼室１９に吸入された混合気に対して、点火プラグ２７により着火することで燃焼し、エンジン１１が始動することができる。

即ち、改質ガス制御弁４４を閉止しておき、エンジン１１の始動指令が出力されて触媒庄温Ｔｃが触媒活性領域まで上昇することで、燃料改質器３０が改質ガスを生成したと判定されると、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを燃焼室１９に導入可能とする。そのため、燃焼室１９に有害物質の原因となる炭化水素を含んだ未改質ガスが供給されることはなく、適正な改質ガスを燃焼室１９に供給してエンジン１１を始動することができる。

このように実施例１の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１１の始動指令があって、温度センサ５４が検出した触媒庄温Ｔｃに基づいて燃料改質器３０で改質ガスが生成されたと判定したときに、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを連結管４２により吸気管２４に供給し、クランキングを行うと共に、点火プラグ２７により燃焼室１９内の混合気に点火するようにしている。

従って、エンジン１１の始動指令が出力されると、燃料改質器３０の触媒庄温Ｔｃが触媒活性領域まで上昇して改質ガスを生成されるまで、改質ガス制御弁４４を閉止しているため、燃焼室１９に未改質ガスとして有害物質の原因となる炭化水素を含んだ混合ガスが供給されることはなく、燃料改質器３０で改質ガスを生成されたと判定してから改質ガス制御弁４４を開放し、クランキングを開始して適正な改質ガスを燃焼室１９に吸入して着火することで、エンジン１１を始動することができ、燃費を向上することができると共に排ガス特性を向上することができる。

また、実施例１では、燃料改質器３０の改質状況を検出する改質状況検出手段として温度センサ５４を適用しており、既存の設備により容易に燃料改質器３０の改質状況を検出することができ、装置の簡素化を図ることができると共に、低コスト化を可能とすることができる。

また、エンジン１１の始動時に、中心電極４５への通電による燃料改質器３０における改質触媒のプレヒートを完了してから、改質ガス制御弁４４を開放し、クランキングにより改質ガスを燃焼室１９に吸入してエンジン１１を始動するようにしており、燃料改質器３０のプレヒートとエンジン１１のクランキングを同時に行うことがないため、瞬間的な消費電力の増大を阻止してバッテリの大型化を防止することができる。更に、スタータモータによるクランキング時間を短縮して無駄な電力消費を抑制することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図４は、実施例２の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の制御装置では、図３に示すように、燃料改質器３０の改質状況を検出する改質状況検出手段として、燃料改質器３０内の水素(Ｈ₂)濃度(または、一酸化炭素（ＣＯ）濃度)を検出する濃度センサ６１を適用し、ＥＣＵ５０は、エンジン始動指令があったとき、濃度センサ６１が検出した水素濃度が触媒活性濃度領域になったときに改質ガスを生成されたと判定し、その後、改質ガス制御弁４４を開放して燃料改質器３０で生成した改質ガスを燃焼室１９に供給してエンジン１１を始動させるようにしている。

ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置によるエンジン始動制御について、図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

本実施例の内燃機関の制御装置において、図４に示すように、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ５０は、イグニッションキースイッチのＯＮ操作によりエンジン１１の始動指令が出力されると、スイッチ４７をＯＮ操作することで、中心電極４５に通電して燃料改質器３０を加熱し、改質触媒のプレヒートを行い、ステップＳ３２では、温度センサ５４により改質触媒温度Ｔｃを読み込む。そして、ステップＳ３３では、触媒庄温Ｔｃが予め設定された所定の改質開始庄温Ｔ₀（例えば、４００℃）より高くなったかどうかを判定する。このステップＳ３３にて、触媒庄温Ｔｃが改質開始庄温Ｔ₀より高くなったら、ステップＳ３４にて、ＥＣＵ５０は、スイッチ４７をＯＦＦ操作することで、中心電極４５への通電を停止して燃料改質器３０の改質触媒のプレヒートを停止する。

燃料改質器３０の改質触媒が所定の温度になると、ステップＳ３５では、燃料ポンプ４０を駆動すると共にエアポンプ３７を駆動し、ステップＳ３６にて、インジェクタ３８により燃料噴射を行うと共に、エア制御弁３６の開度を制御して燃料改質器３０に空気を供給する。すると、燃料改質器３０の空燃混合部３３では、吸気管３５から導入された空気と、インジェクタ３８から噴射された燃料とが混合されて混合ガスが形成され、この混合ガスが改質反応部３２に導入され、ここで、加熱された改質触媒と部分酸化反応することで混合ガスが改質され、改質成分である水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。

このように燃料改質器３０で改質処理が開始されると、上述したように、水素（一酸化炭素）を含む改質ガスが生成されはじめることで、水素濃度（一酸化炭素濃度）が上昇する。ステップＳ３７では、ＥＣＵ５０が濃度センサ６１により改質触媒水素濃度Ｃｃを読み込み、ステップＳ３８にて、水素濃度Ｃｃが予め設定された所定の触媒活性濃度領域にあるかどうか、例えば、水素濃度Ｃｃが触媒活性濃度領域の下限値Ｃ₁以上かどうかを判定する。そして、ここで、水素濃度Ｃｃが所定の触媒活性濃度領域（Ｃｃ≧Ｃ₁）になければ、ステップＳ３７に戻り、このステップＳ３７、Ｓ３８の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ３８にて、水素濃度Ｃｃが予め設定された所定の触媒活性濃度領域（Ｃｃ≧Ｃ₁）にあれば、ステップＳ３９に移行し、ここで、改質ガス制御弁４４を開放し、燃料改質器３０で生成された改質ガスを連結管４２を通して吸気管２４に供給する。そして、ステップＳ４０にて、スタータモータによりエンジン１１のクランキングを開始すると、吸気管２４に吸気負圧が作用し、外部から吸入された吸気と改質ガスとが混合した混合気が燃焼室１９に吸入され、ステップＳ４１にて、この燃焼室１９に吸入された混合気に対して、点火プラグ２７により着火することで燃焼し、エンジン１１が始動することができる。

即ち、改質ガス制御弁４４を閉止しておき、エンジン１１の始動指令が出力されて燃料改質器３０の水素濃度Ｃｃが触媒活性濃度領域まで上昇することで、燃料改質器３０が改質ガスを生成したと判定されると、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを燃焼室１９に導入可能とする。そのため、燃焼室１９に有害物質の原因となる炭化水素を含んだ未改質ガスが供給されることはなく、適正な改質ガスを燃焼室１９に供給してエンジン１１を始動することができる。

このように実施例２の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１１の始動指令があって、濃度センサ６１が検出した水素濃度Ｃｃに基づいて燃料改質器３０で改質ガスが生成されたと判定したときに、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを連結管４２により吸気管２４に供給し、クランキングを行うと共に、点火プラグ２７により燃焼室１９内の混合気に点火するようにしている。

従って、エンジン１１の始動指令が出力されると、燃料改質器３０の水素濃度Ｃｃが触媒活性濃度領域まで上昇して改質ガスを生成されるまで、改質ガス制御弁４４を閉止しているため、燃焼室１９に未改質ガスとして有害物質の原因となる炭化水素を含んだ混合ガスが供給されることはなく、燃料改質器３０で改質ガスを生成されたと判定してから改質ガス制御弁４４を開放し、クランキングを開始して適正な改質ガスを燃焼室１９に吸入して着火することで、エンジン１１を始動することができ、燃費を向上することができると共に排ガス特性を向上することができる。

また、実施例２では、燃料改質器３０の改質状況を検出する改質状況検出手段として、水素濃度または一酸化炭素濃度を検出する濃度センサ６１を適用しており、改質ガス中に含有する水素濃度または一酸化炭素濃度を検出して燃料改質器３０の改質状況を判定するため、高精度な判定を行うことができ、高精度な排ガス制御を行うことができる。

なお、上述した各実施例では、燃料改質器３０で改質ガスが生成されたと判定したときに、改質ガス制御弁４４を開放して改質ガスを吸気管２４に供給し、クランキングを行うと共に点火プラグ２７により燃焼室１９内の混合気に点火するようにしたが、この構成に限定されるものではない。即ち、燃料改質器３０で生成された改質ガスを吸気管に供給する改質ガス量は、改質ガス制御弁４４の開度だけでなく、インジェクタ３８からの燃料噴射量によっても制御されるものであり、改質ガス制御弁４４がなくても、燃料改質器３０で改質ガスが生成されたと判定したときに、インジェクタ３８から燃料を噴射して燃料改質器３０で改質ガスが生成してから吸気管２４に供給し、クランキングを行うと共に点火プラグ２７により燃焼室１９内の混合気に点火するようにしてもよい。

また、上述した各実施例では、内燃機関をポート噴射式エンジンとしたが、燃料を燃焼室に直接噴射する筒内噴射式エンジンであっても良い。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、改質ガスが生成可能であると判定されてから改質ガスを内燃機関に供給して始動させるようにしたものであり、燃料改質手段を有する内燃機関であれば、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。実施例１の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。実施例２の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。

符号の説明

１１エンジン（内燃機関）
１９燃焼室
２０吸気ポート
２１排気ポート
２４吸気管（吸気通路）
２６電子スロットル装置
２７点火プラグ
２８排気管
２９三元触媒
３０燃料改質器（燃料改質手段）
３５吸気管（ガス供給手段）
３６エア制御弁（ガス供給手段）
３７エアポンプ（ガス供給手段）
３８インジェクタ（燃料噴射手段）
４２連結管（改質ガス供給通路）
４４改質ガス制御弁
４５ヒータ用中心電極
５０電子制御ユニット、ＥＣＵ（始動制御手段）
５４温度センサ（改質状況検出手段）
６１濃度センサ（改質状況検出手段）

Claims

燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを所定温度に加熱された改質触媒に供給することで改質ガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段に対して燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料改質手段に対して酸素を含むガスを供給するガス供給手段と、前記燃料改質手段で生成された改質ガスを吸気通路に供給する改質ガス供給通路と、前記燃料改質手段の改質状況を検出する改質状況検出手段と、クランキングを行うと共に前記燃焼室内の混合気に点火する始動手段と、前記改質状況検出手段の検出結果に基づいて改質ガスが生成されたと判定したときに前記始動手段を作動させる始動制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記改質ガス供給通路を開閉する改質ガス制御弁を設け、前記始動制御手段は、前記改質状況検出手段の検出結果に基づいて改質ガスが生成されたと判定したときに、前記改質ガス制御弁を開放すると共に前記始動手段を作動させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記改質状況検出手段は、前記燃料改質手段における改質触媒温度を検出する温度センサであり、前記始動制御手段は、前記温度センサが検出した改質触媒温度が予め設定された所定値以上であるときに改質ガスが生成されたと判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記改質状況検出手段は、前記燃料改質手段における改質触媒近傍の水素濃度または一酸化炭素濃度を検出する濃度センサであり、前記始動制御手段は、前記濃度センサが検出した水素濃度または一酸化炭素濃度が予め設定された所定値以上であるときに改質ガスが生成されたと判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。