JP4337786B2 - 内燃機関及び内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも始動時において、空気と炭化水素系の燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを燃焼させる内燃機関及び内燃機関の始動制御装置に関するものである。

空気と炭化水素系の燃料との混合気を改質触媒により改質して得られた改質ガスを、内燃機関の吸気管に供給するものが知られている。このような内燃機関において、特許文献１には、改質触媒をヒータによりプレヒートし、改質触媒が改質可能な温度に到達した後、改質触媒へ燃料を噴射することにより改質する技術が開示されている。

特開２００１−５０１１８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、改質触媒の温度が改質可能な温度に昇温しても、燃料を供給すると改質触媒の温度低下が発生し、改質が不十分になり、内燃機関へ供給される改質ガス中に含まれる未改質の炭化水素（以下未改質ＨＣ）が増加するおそれがある。そして、内燃機関の始動時においては、未改質ＨＣが増加すると、内燃機関から排出される排ガス中の未燃ＨＣの増加を招き、その結果、排気系に設けられた排気浄化触媒が活性温度に達していないために内燃機関の排ガスが浄化されず、大気中に未燃ＨＣを排出してしまうおそれがあった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空気と炭化水素系の燃料との混合気を改質触媒により改質して得られた改質ガスが供給される内燃機関において、未改質ＨＣの増加を抑制できる内燃機関及び内燃機関の始動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、本発明に係る内燃機関は、空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質用混合気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる改質触媒加熱手段と、前記内燃機関を始動させる始動手段と、を含み、前記改質触媒による改質が開始してから始動することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記予備加熱温度は、部分酸化反応における断熱反応温度と、前記改質用混合気が前記改質触媒に供給されてから部分酸化反応が開始するまでに低下する前記改質触媒の温度との和よりも高いことを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記始動手段は、前記改質用混合気が前記改質触媒に供給された後、前記予備加熱温度と、部分酸化反応が開始するまでに低下する前記改質触媒の温度との差分よりも、前記改質触媒の温度が低い温度になってから、前記内燃機関を始動することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の始動前に、前記改質触媒加熱手段による加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質用混合気を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止してから、前記改質用混合気が前記改質触媒に供給されることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質用空気が最初に前記改質触媒へ供給され、その後、前記改質用燃料が前記改質触媒へ供給され、かつ前記改質用空気を前記改質手段に供給する前に、前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる改質触媒加熱手段とを含み、前記改質触媒による改質が開始してから始動することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記予備加熱温度は、部分酸化反応における断熱反応温度と、前記改質用空気が前記改質触媒に供給されることにより低下する前記改質触媒の温度との和よりも高いことを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の始動前に、前記改質触媒加熱手段による改質触媒の加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記始動手段は、前記改質用燃料が前記改質触媒へ供給されてから、所定の待機時間が経過した後に、前記内燃機関を始動することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質用空気を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質用空気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質用燃料を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止してから、前記改質用燃料が前記改質触媒に供給されることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質用空気の性状又は前記改質用燃料の性状のうち少なくとも一方に応じて、前記予備加熱温度を変更することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質触媒の温度を昇温させる改質触媒加熱手段とを備える内燃機関を制御するものであり、前記改質用混合気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段によって前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる加熱制御部と、前記改質触媒の温度が前記予備加熱温度よりも高くなった後に、前記改質触媒へ前記改質用混合気を供給する改質制御部と、前記改質触媒による改質が開始してから前記内燃機関を始動させる始動制御部と、を含むことを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質触媒の温度を昇温させる改質触媒加熱手段とを備える内燃機関を制御するものであり、前記改質用空気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段によって前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる加熱制御部と、前記改質触媒の温度が前記予備加熱温度よりも高くなった後に、前記改質触媒へ前記改質用空気を供給し、その後、前記改質用燃料を前記改質触媒へ供給する改質制御部と、前記改質触媒による改質が開始してから前記内燃機関を始動させる始動制御部と、を含むことを特徴とする。

この発明に係る内燃機関及び内燃機関の始動制御装置は、空気と炭化水素系の燃料との混合気を改質触媒により改質して得られた改質ガスが供給される内燃機関において、未改質ＨＣの増加を抑制できる。

以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

この実施例は、改質手段による部分酸化改質を開始する前に、改質手段が備える改質触媒の温度を、改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度まで昇温させる点に特徴がある。

図１は、この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。図１を用いて、この実施例に係る内燃機関の構成について説明する。この実施例に係る内燃機関１は、改質手段である改質器１０に、炭化水素系の燃料（例えばガソリン）である改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとを供給して改質用混合気Ｇｍを形成する。この改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃに導き、ここで部分酸化反応を起こさせて、Ｈ₂（水素）とＣＯ（一酸化炭素）とを含む改質ガスＧｒを生成する。そして、改質器１０は、前記部分酸化反応によって得られた改質ガスＧｒを内燃機関１の燃焼室１Ｂへ供給する。

この実施例に係る内燃機関１はシリンダ内のピストンが往復運動することによって動力を発生するピストン機関であり、気筒数及び気筒配置は特に限定されるものではない。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は、機関用燃料Ｆｅと燃焼用空気Ａｅとの燃焼用混合気が燃焼室１Ｂ内で燃焼することにより駆動する。内燃機関１は、スタートスイッチ４３からの始動信号により、始動手段であるスターターモータ２６が回転することで始動する。

内燃機関１に供給される燃焼用空気Ａｅ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。吸気通路３の入口に設けられるエアクリーナー２でごみや埃が除去された後、吸気通路３であってスロットル弁４の上流に設けられるエアフローセンサ４２で吸入空気量が測定される。その計測値は機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０に取り込まれる。機関ＥＣＵ３０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４１により計測された内燃機関１の機関回転数Ｎｅとから、内燃機関１に対する機関用燃料Ｆｅの供給量を決定する。

機関ＥＣＵ３０は、決定した機関用燃料Ｆｅの供給量に基づき、吸気通路３に設けられるポート噴射弁５から機関用燃料Ｆｅを吸気通路３内の燃焼用空気Ａｅへ噴射して、燃焼用混合気を形成する。この燃焼用混合気は、内燃機関１の燃焼室１Ｂ内へ導入されて燃焼する。なお、この実施例では、内燃機関１の吸気通路に設けられるポート噴射弁５から内燃機関１へ機関用燃料Ｆｅを供給するが、燃焼室１Ｂ内へ直接機関用燃料Ｆｅを噴射する、いわゆる直噴噴射弁によって内燃機関１へ機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁５と直噴噴射弁との両方を備え、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へ機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。

内燃機関１の燃焼室１Ｂで燃焼した燃焼用混合気は、排ガスＥｘとなって排気通路７からへ排出される。この排ガスＥｘは、排気通路７に設けられる浄化触媒６で浄化された後、消音器８を通って大気中へ放出される。消音器８では、大気中へ放出される際の騒音が低減される。次に、この実施例に係る内燃機関１が備える改質器１０について説明する。

この改質器１０は、炭化水素系の燃料（例えばガソリン）である改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとの改質用混合気Ｇｍを改質し、これによって得られる水素を含む改質ガスＧｒを内燃機関１の燃焼室１Ｂに供給する。改質器１０は、筺体１０Ｓ内に改質触媒１０Ｃを備えている。改質触媒１０Ｃは、例えば、ジルコニア系の触媒やロジウム系の触媒が用いられ、この実施例においては、ステンレス等の耐熱合金の金属箔を用いて製造したハニカム状の触媒担持体に前記触媒を担持させて改質触媒１０Ｃとしている。

改質触媒１０Ｃは、改質触媒加熱手段によって昇温させられる。改質触媒１０Ｃは、内部に中心電極１１が備えられており、中心電極１１は正電極１２と接続される。また、改質触媒１０Ｃの外周部分には、負電極１３が接続されている。負電極１３は電源１４の負電極に、正電極１２は電源１４の正電極に接続されている。電源１４、負電極１３及び中心電極１１（すなわち正電極１２）によって、改質触媒加熱手段が構成される。

正電極１２と電源１４との間には、ヒータスイッチ１５が配置される。ヒータスイッチ１５はＥＣＵ３０が備える内燃機関の始動制御装置３０ＣＡによって断続される。ヒータスイッチ１５がつながると、正電極１２、すなわち中心電極１１から負電極１３に向かって電流が流れる。中心電極１１と負電極１３との間には、耐熱合金の触媒担持体が介在するので、中心電極１１から負電極１３に向かって電流が流れることにより触媒担持体にも電流が流れる。これによって改質触媒１０Ｃの触媒担持体が発熱して、改質触媒加熱手段によって改質触媒１０Ｃを加熱する。なお、改質触媒加熱手段は上記構成に限られるものではなく、例えば、改質触媒１０Ｃをバーナーで加熱する等の手段を用いてもよい。

改質器１０には、改質触媒１０Ｃの温度を測定する改質触媒温度センサ４０が備えられる。改質触媒１０Ｃの温度は、触媒担持体に担持される触媒の温度であるが、前記触媒の温度を測定することは困難である。ここで、前記触媒を担持する触媒担持体の温度（改質触媒床温度）は、前記触媒の温度と略一致するので、触媒担持体の温度を改質触媒温度センサ４０で検出して、これを改質触媒温度として、この実施例に係る内燃機関の始動制御に用いる（以下同様）。

改質器１０の筺体１０Ｓには、改質用燃料噴射弁２０と改質用空気導入口１８とが取り付けられる。改質用燃料噴射弁２０は、改質用燃料導管２１を介して、改質用燃料ポンプ２５から改質用燃料Ｆｒが送られる。そして、機関ＥＣＵ３０が備える内燃機関の始動制御装置３０ＣＡが改質用燃料噴射弁２０の動作を制御することにより、改質用燃料噴射弁２０から改質器１０へ改質用燃料Ｆｒが噴射される。

改質用空気導入口１８には、改質用空気導管２２を介して改質用空気ポンプ２４から改質用空気Ａｒが送られる。また、改質用空気導管２２には、改質用空気供給弁２３が設けられている。そして、機関ＥＣＵ３０が備える内燃機関の始動制御装置３０ＣＡが改質用空気供給弁２３の動作を制御することによって、改質器１０へ改質用空気Ａｒが供給される。なお、改質用空気導管２２には、改質用空気温度センサ４４が設けられており、改質用空気Ａｒの温度を測定する。

改質用燃料噴射弁２０の出口には、混合室１６が設けられている。混合室１６は、改質用空気導入口１８と接続されている。改質用燃料噴射弁２０から改質用燃料Ｆｒが噴射されると、改質用燃料Ｆｒの噴霧は、改質用空気導入口１８から導入される改質用空気Ａｒとともに、混合室１６へ流入する。改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとは、混合室１６で十分に混合されて改質用混合気Ｇｍを形成して、改質触媒１０Ｃへ流入する。

改質触媒１０Ｃにおいては式（１）に示す部分酸化反応が起こり、ＣＯ（一酸化炭素）及びＨ₂（水素）を含む改質ガスＧｒが生成される。なお、部分酸化反応は、ある程度の温度（部分酸化反応開始温度、およそ４００℃）以上にならないと反応が開始しないので、上記改質触媒加熱手段によって部分酸化反応開始温度以上になるまで改質触媒１０Ｃを加熱する。
Ｃ_mＨ_n＋（ｍ／２）Ｏ₂→ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ₂・・・（１）

改質器１０で発生した改質ガスＧｒは、改質器出口１９から内燃機関１へ送り出される。改質器出口１９と内燃機関１の吸気通路３に設けられる改質ガス入口９とは、改質ガス導管２７によって接続されているので、改質ガスＧｒは、内燃機関１の吸気通路３を通って内燃機関１の燃焼室１Ｂ内へ流入する。なお、改質ガス導管２７の途中に液冷あるいは空冷の冷却手段を設け、改質ガスＧｒを冷却してから内燃機関１の吸気通路３へ導入してもよい。

改質ガスＧｒに含まれる水素（Ｈ₂）は、ガソリンのような改質用燃料Ｆｒと比較して燃焼速度が相当速く、急速燃焼する。したがって、上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＧｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＧｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。また、改質ガスＧｒは気体燃料なので、内燃機関１の吸気通路３や燃焼室１Ｂの壁面に付着しないで、燃焼室１Ｂ内で燃焼する。これによって、未燃のまま内燃機関１から排出されるＨＣ（炭化水素）を低減できる。内燃機関１の始動時（特に冷間始動時）において、未燃ＨＣの低減効果は大きい。

図２は、改質器から排出される未改質ＨＣの排出濃度と、改質手段、改質触媒加熱手段を含む改質システム起動時からの経過時間との関係を示す説明図である。図３は、改質器から排出される未改質ＨＣの排出濃度と、改質器が備える改質触媒温度との関係を示す説明図である。なお、図２中のＡ、Ｂ、Ｃと、図３中のＡ、Ｂ、Ｃとは、それぞれ対応する。また、図２、図３中のＡ、Ｂ、Ｃは、改質を開始する直前における改質触媒１０Ｃの温度（以下初期温度という）が異なることを示す。ここで、初期温度はＣ→Ｂ→Ａの順に低くなる。

改質時において、初期温度が低いと、部分酸化反応が起こりにくくなるため、改質ガスＧｒに含まれる未改質の改質用燃料Ｆｒが増加する。この実施例において、改質用燃料Ｆｒは炭化水素系の燃料なので、初期温度が低いときには、改質ガスＧｒに含まれる未改質ＨＣの濃度ρが増加することになる（図２、図３）。すなわち、初期温度はＣ→Ｂ→Ａの順に低くなるので、未改質ＨＣの濃度ρはρ_C→ρ_B→ρ_Aの順に高くなる（図２）。

一方、部分酸化反応は発熱反応なので、部分酸化反応が開始すれば、部分酸化反応の発熱によって触媒温度１０Ｃは上昇する。これによって、図２に示すように、改質の進行とともに未改質ＨＣの濃度は低減して、一定時間経過後においては、Ａ、Ｂ、Ｃとも未改質ＨＣの濃度は同等になる。しかし、初期温度が低いと、図２に示すように改質開始直後における未改質ＨＣ濃度が増加するため、全体としての未改質ＨＣは、初期温度が低い方が多くなる。その結果、内燃機関１の燃焼室１Ｂで燃焼したあとの未燃ＨＣも増加することになり、エミッションを悪化させる。これは、始動時、特に冷間始動時において顕著になる。

このため、改質開始時においては、加熱手段により改質触媒１０Ｃを昇温させてから、改質を開始する。しかし、改質触媒を加熱しても、改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとからなる改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃに供給すると、改質用混合気Ｇｍによって改質触媒１０Ｃが冷却されてしまう。その結果、改質を開始する時点においては改質触媒１０Ｃの温度が低下してしまい、未改質ＨＣの発生量が増加してしまうという問題があった。

図３に示すように、初期温度が改質用燃料Ｆｒの部分酸化反応における断熱反応温度ｔ０へ近づくにしたがって、未改質ＨＣの濃度は減少し、初期温度が断熱反応温度ｔ０を超えると、未改質ＨＣの濃度は略一定になる。本発明者らは、上記問題点について鋭意研究した結果、この関係を見出した。そして、改質を開始する前に、改質触媒１０Ｃの温度を、少なくとも断熱反応温度ｔ０よりも高い温度まで上昇させてから改質を開始するようにすれば、未改質ＨＣの濃度（すなわち発生量）を低減できることを見出した。この実施例では、改質を開始する前に、改質用燃料Ｆｒの部分酸化反応における断熱反応温度ｔ０よりも高い予備加熱温度Ｔ０まで改質触媒１０Ｃを加熱する。ここで、炭化水素系の燃料のうちガソリンを用いた場合の部分酸化反応における断熱反応温度ｔ０は９００℃〜９５０℃程度である。また、炭化水素系の燃料のうちメタノールを用いた場合の部分酸化反応における断熱反応温度ｔ０は７００℃〜８５０℃程度である。

次に、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置について説明する。図４は、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関の始動制御は、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置３０ＣＡによって実現できる。図４に示すように、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡは、機関ＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）３０ｐと、記憶部３０ｍと、入力及び出力ポート３６、３７と、入力及び出力インターフェイス３８、３９とから構成される。

なお、機関ＥＣＵ３０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置３０ＣＡを用意し、これを機関ＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の始動制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の始動制御装置３０ＣＡが利用できるように構成してもよい。

この実施例に係る内燃機関の始動制御装置３０ＣＡは、加熱制御部３１と、改質制御部３２と、始動制御部３３と、パラメータ設定部３４とを含む。これらのうち、加熱制御部３１と、改質制御部３２と、始動制御部３３と、パラメータ設定部３４とは、この実施例に係る内燃機関の基本となる運転制御方法を実行する部分となる。また、パラメータ設定部３４は、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法において、後述する予備加熱温度等のパラメータを設定する機能を有する。この実施例において、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡは、機関ＥＣＵ３０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）３０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ３０ｐには、内燃機関１の運転を制御する機関制御部３０ｃが含まれている。

ＣＰＵ３０ｐと、記憶部３０ｍとは、バス３５₃により接続される。また、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡと機関制御部３０ｃとは、バス３５₁、３５₂及び入力ポート３６及び出力ポート３７を介して接続される。これにより、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡを構成する加熱制御部３１と改質制御部３２と始動制御部３３とパラメータ設定部３４と機関制御部３０ｃとは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡは、機関ＥＣＵ３０が有する内燃機関１の運転制御に関するデータを取得したり、内燃機関の始動制御装置３０ＣＡの制御を機関ＥＣＵ３０の内燃機関の始動制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート３６には、入力インターフェイス３８が接続されている。入力インターフェイス３８には、改質触媒温度センサ４０、内燃機関１の始動信号を発するスタートスイッチ４３、改質用空気Ａｒの温度を検出する改質用空気温度センサ４４その他の、始動制御に必要な情報を取得するための各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェイス３８には、回転数センサ４１、エアフローセンサ４２その他の、内燃機関１の運転制御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３８内のＡ／Ｄコンバータ３８ａやディジタルバッファ３８ｄにより、ＣＰＵ３０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート３８へ送られる。これにより、ＣＰＵ３０ｐは、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート３７には、出力インターフェイス３９が接続されている。出力インターフェイス３９には、ヒータスイッチ１５、改質用燃料噴射弁２０、改質用空気供給弁２３、スターターモータ２６その他の、改質制御や内燃機関１の始動に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス３９は、制御回路３９ａ、３０ｂ等を備えており、ＣＰＵ３０ｐ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、機関ＥＣＵ３０のＣＰＵ３０ｐは、内燃機関１に対する燃料の供給を制御したり、内燃機関１の運転を制御したりすることができる。

記憶部３０ｍには、この実施例に係る内燃機関の始動制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは改質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３０ｍ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。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ３０ｐ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、この実施例に係る改質制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の始動制御装置３０ＣＡ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、加熱制御部３１、改質制御部３２、始動制御部３３及びパラメータ設定部３４の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る内燃機関の始動制御について説明する。この説明においては、適宜図１、図２を参照されたい。

図５は、この実施例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。図６は、この実施例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関を運転するにあたり、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置（以下始動制御装置）３０ＣＡが備える加熱制御部３１は、スタートスイッチ４３から内燃機関１の起動信号があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。起動信号がない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、実施例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

上述したように、この実施例では、改質を開始する前に、断熱反応温度ｔ０よりも高い予備加熱温度Ｔ０まで改質触媒１０Ｃを加熱する（図６参照）。ところで、改質開始前に断熱反応温度ｔ０よりも高い温度まで改質触媒１０Ｃを加熱してから、改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃに供給すると、改質用混合気Ｇｍ中の燃料の気化熱や混合気の受熱により、改質触媒１０Ｃの温度は低下する。加熱した改質触媒１０Ｃに改質用混合気Ｇｍを供給したときにおける改質触媒１０Ｃの温度低下の大きさは、触媒温度下降温度ΔＴｄ（図６）で表される。部分酸化反応が開始するときに、改質触媒１０Ｃの温度が断熱反応温度ｔ０よりも低くなると、未改質ＨＣの発生量が増加する。

したがって、予備加熱温度Ｔ０は、断熱反応温度ｔ０に前記触媒温度下降温度ΔＴｄを加算した値よりも大きくする（Ｔ０（＝ｔ０＋ΔＴ）＞（ｔ０＋ΔＴｄ）。すなわち、断熱反応温度ｔ０からの改質触媒１０Ｃの温度上昇分ΔＴは、前記触媒温度下降温度ΔＴｄよりも大きくする（ΔＴ＞ΔＴｄ）。これにより、加熱した改質触媒１０Ｃに改質用混合気Ｇｍを供給しても、部分酸化反応が開始するときに、改質触媒１０Ｃの温度を断熱反応温度ｔ０より高い温度に維持できるので、未改質ＨＣの発生量を抑制できる。また、Ｔ０＞（ｔ０＋ΔＴｄ）、すなわちΔＴ＞ΔＴｄとすることで、改質用混合気Ｇｍを供給したときには、高温側から断熱反応温度ｔ０に近づくため、改質開始時における未改質ＨＣの発生量を最小限に抑えることができる。

図７、図８は、予備加熱温度の設定に用いるマップを示す説明図である。予備加熱温度Ｔ０は、一定値としてもよいが、この実施例においては、環境条件等に応じて、前記予備加熱温度Ｔ０を変更する。例えば、改質器１０へ導入される改質用空気Ａｒの温度が低い場合、改質用混合気Ｇｍの温度も低くなる結果、前記触媒温度下降温度ΔＴｄも大きくなる。したがって、例えば、図７に示すマップ５０のように、改質用空気温度θｉが低くなるにしたがって、予備加熱温度Ｔ０を高く設定する。

また、内燃機関の始動時において、改質用燃料Ｆｒの供給量が変化するような場合、改質用燃料Ｆｒの供給量が多くなるにしたがって燃料の気化熱量や改質用混合気Ｇｍの受熱容量は大きくなるため、前記触媒温度下降温度ΔＴｄは大きくなる。このような場合、例えば、図８に示すマップ５１のように、改質用燃料供給量Ｑが大きくなるにしたがって、予備加熱温度Ｔ０を高く設定する。また、改質器１０へ導入される改質用燃料Ｆｒの温度が低い場合、改質用混合気Ｇｍの温度も低くなる結果、前記触媒温度下降温度ΔＴｄも大きくなる。したがって、例えば、改質用燃料の温度が低くなるにしたがって、予備加熱温度Ｔ０を高く設定する。

そして、改質用空気Ａｒの温度、改質用燃料Ｆｒの供給量、改質用燃料Ｆｒの温度のうちいずれか一つに基づいて、あるいは２以上を組み合わせて予備加熱温度Ｔ０を変更してもよい。このように、改質用空気Ａｒの性状又は改質用燃料Ｆｒの性状のうち少なくとも一方に応じて、予備加熱温度Ｔ０を変更することが好ましい。

このようにすれば、環境条件等が変化した場合でも、より確実に予備加熱温度Ｔ０を断熱反応温度ｔ０に前記触媒温度下降温度ΔＴｄを加算した値よりも大きく設定できる。その結果、改質触媒１０Ｃで部分酸化反応が開始するときにおいては、より確実に改質触媒１０Ｃの温度を断熱反応温度ｔ０よりも高い温度に維持できるので、より確実に未改質ＨＣの発生量を抑制できる。

起動信号がある場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、始動制御装置３０ＣＡのパラメータ設定部３４は、改質用空気温度センサ４４から改質用空気Ａｒの温度を取得し、前記マップ５０等を用いて予備加熱温度Ｔ０を設定する（ステップＳ１０２）。予備加熱温度Ｔ０を設定したら、加熱制御部３１は、ヒータスイッチ１５をＯＮにして改質触媒１０Ｃの加熱を開始する（ステップＳ１０３）。なお、図６のτ₁が加熱開始時になる。

改質触媒１０Ｃの加熱を開始したら、加熱制御部３１は、改質触媒温度センサ４０から改質触媒１０Ｃの温度（以下改質触媒温度）Ｔ１を取得し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２で設定した予備加熱温度Ｔ０と比較する（ステップＳ１０５）。加熱制御部３１は、Ｔ０≦Ｔ１になるまで待機する（ステップＳ１０５：Ｎｏ）。そして、Ｔ０≦Ｔ１となったら、始動制御装置３０ＣＡが備える改質制御部３２は、改質用燃料ポンプ２５を駆動してから改質用燃料噴射弁２０を動作させて、改質用燃料噴射弁２０から改質器１０の混合室１６へ改質用燃料Ｆｒを噴射させる。また、改質制御部３２は、改質用空気ポンプ２４を駆動するとともに改質用空気供給弁２３を動作させて改質器１０の混合室１６へ改質用空気Ａｒを供給する。

ここで、改質用燃料Ｆｒの供給量と改質用空気Ａｒの供給量とは、内燃機関１の始動に必要な量であって、かつＯ／Ｃ（酸素／炭素）＝１となる量である。改質用燃料がガソリンである場合、Ｏ／Ｃ＝１とするためには、空燃比Ａ／Ｆがおよそ５である。改質器１０の混合室１６へ供給された改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとは、混合室１６で十分に混合されて改質用混合気Ｇｍを形成する。その後、改質用混合気Ｇｍは、改質触媒１０Ｃへ流入する。これによって、改質触媒１０Ｃへ改質用混合気Ｇｍが供給される（ステップＳ１０６）。なお、改質用混合気Ｇｍの供給時は、図６のτ₂である。

その後、加熱制御部３１は、改質触媒１０Ｃの加熱を終了する（ステップＳ１０７）。改質用混合気Ｇｍの供給から加熱終了までの期間Δτは、任意に設定することができる。例えば、改質用混合気Ｇｍが供給されてから改質触媒温度Ｔ１が前記触媒温度下降温度ΔＴｄに到達した後に改質触媒１０Ｃの加熱を停止するように、前記期間Δτを設定してもよい（Δτ＝τ₃−τ₂＋α）。このようにすれば、前記触媒温度下降温度ΔＴｄを小さい値に抑えることができるので、未改質ＨＣの発生を抑制できる。また、改質触媒温度Ｔ１が前記触媒温度下降温度ΔＴｄに到達する前に加熱を停止するように前記期間Δτを設定してもよい。なお、改質触媒１０Ｃの加熱は、内燃機関１の始動（図６のτ₄）前に終了させる。改質触媒１０Ｃの加熱時期と内燃機関１の始動時期とが重ならないようにするためである。

また、この実施例では、前記期間Δτを所定期間設けているが、改質用混合気Ｇｍの供給と同時に改質触媒１０Ｃの加熱を終了する、すなわち前記期間Δτ＝０としてもよい。このようにすれば、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。さらに、改質触媒１０Ｃの加熱を終了してから改質用混合気Ｇｍを供給してもよい。このようにしても、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。

改質用混合気Ｇｍが改質触媒１０Ｃへ供給されたら、始動制御部３３は、改質触媒温度Ｔ１を取得する（ステップＳ１０８）。そして、始動制御部３３は、予備加熱温度Ｔ０と改質触媒温度Ｔ１との差Δθが、前記触媒温度下降温度ΔＴｄ以上になるまで待機する（ステップＳ１０９：Ｎｏ）。Δθ≧ΔＴｄになったら（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、始動制御部３３は、スターターモータ２６を駆動して内燃機関１を始動する（ステップＳ１１０）。すなわち、改質用混合気Ｇｍが改質触媒１０Ｃに供給されてから所定の待機時間ΔτｍＡ（＝τ₃−τ₂）待機して内燃機関１を始動する（図６中のτ₄）。なお、図６中のτ₃が、Δθ≧ΔＴｄになった時である。ここで、改質触媒１０Ｃの加熱が継続している場合は、内燃機関１の始動前に前記加熱を終了する。

このように、待機時間ΔτｍＡを待機してから内燃機関１を始動することによって、改質器１０で改質ガスＧｒが生成されてから内燃機関１を始動する。その結果、スターターモータ２６の駆動を必要最小限に抑えることができるので、内燃機関１の始動によるエネルギー消費を抑制できる。また、この実施例のように、改質触媒１０Ｃの加熱が終了してから内燃機関１を始動することにより、改質触媒１０Ｃの加熱期間とスターターモータ２６の駆動期間とが重ならない。その結果、改質触媒１０Ｃを電気加熱する場合には、電源の容量を抑制できる。上記手順により、この実施例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

以上、この実施例では、改質手段による部分酸化改質を開始する前に、改質手段が備える改質触媒の温度を、部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度まで昇温させる。これによって、改質用混合気を改質触媒へ供給したときでも、部分酸化反応の断熱反応温度よりも改質触媒の温度を高く維持できる。その結果、未改質ＨＣの発生を最小限に抑えることができ、内燃機関の始動時におけるエミッション悪化を抑制できる。なお、実施例１で開示した構成は、以下の実施例においても適宜適用することができる。また、実施例１と同様の構成を備えるものは、実施例１と同様の作用、効果を奏する。

実施例２は、実施例１と略同様の構成であるが、改質用空気のみを先に改質触媒へ供給してから、改質用燃料を改質触媒へ供給する点が異なる。他の構成は、実施例１と同様である。なお、実施例２に係る内燃機関の始動制御は、実施例１に係る内燃機関の始動制御装置（図４参照）によって実現できる。次の説明においては、適宜図１、図４を参照されたい。

図９は、この実施例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。図１０は、この実施例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関を運転するにあたり、内燃機関の始動制御装置（以下始動制御装置）３０ＣＡが備える加熱制御部３１は、スタートスイッチ４３から内燃機関１の起動信号があるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。起動信号がない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、実施例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

この実施例でも、改質を開始する前に、断熱反応温度ｔ０よりも高い予備加熱温度Ｔ０１まで改質触媒１０Ｃを加熱する（図１０参照）。ところで、改質開始前に断熱反応温度ｔ０よりも高い温度まで改質触媒１０Ｃを加熱してから、改質用空気Ａｒを改質触媒１０Ｃに供給すると、改質触媒１０Ｃの温度は低下する。加熱した改質触媒１０Ｃに改質用空気Ａｒを供給したときにおける改質触媒１０Ｃの温度低下の大きさは、触媒温度下降温度ΔＴ１ｄ（図１０）で表される。部分酸化反応が開始するときに、改質触媒１０Ｃの温度が断熱反応温度ｔ０よりも低くなると、未改質ＨＣの発生量が増加する。

したがって、この実施例において、予備加熱温度Ｔ０１は、断熱反応温度ｔ０に前記触媒温度下降温度ΔＴ１ｄを加算した値よりも大きくする（Ｔ０１（＝ｔ０＋ΔＴ０１）＞（ｔ０＋ΔＴ１ｄ）。すなわち、断熱反応温度ｔ０からの改質触媒１０Ｃの温度上昇分ΔＴ０１は、前記触媒温度下降温度ΔＴ１ｄよりも大きくする（ΔＴ０１＞ΔＴ１ｄ）。これにより、加熱した改質触媒１０Ｃに改質用混合気Ｇｍを供給しても、部分酸化反応が開始するときに、改質触媒１０Ｃの温度を断熱反応温度ｔ０より高い温度に維持できるので、未改質ＨＣの発生量を抑制できる。また、Ｔ０１＞（ｔ０＋ΔＴ１ｄ）、すなわちΔＴ０１＞ΔＴ１ｄとすることで、改質用燃料Ｆｒを供給したときには、高温側から断熱反応温度ｔ０に近づくため、改質開始時における未改質ＨＣの発生量を最小限に抑えることができる。

なお、この実施例においては、改質触媒１０Ｃへ最初に改質用空気Ａｒのみを供給するので、上記実施例１のように改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃへ供給する場合と比較して、改質触媒１０Ｃ温度低下は少ない。このため、予備加熱温度Ｔ０１は、実施例１における予備加熱温度Ｔ０よりも低い値でよく、部分酸化反応における断熱反応温度ｔ０近傍とすることができる。

起動信号がある場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、始動制御装置３０ＣＡのパラメータ設定部３４は、改質用空気温度センサ４４から改質用空気Ａｒの温度を取得し、マップ５０等（図７等参照）を用いて予備加熱温度Ｔ０１を設定する（ステップＳ２０２）。予備加熱温度Ｔ０１を設定したら、加熱制御部３１は、ヒータスイッチ１５をＯＮにして改質触媒１０Ｃの加熱を開始する（ステップＳ２０３）。なお、図６のτ₁が加熱開始時になる。

改質触媒１０Ｃの加熱を開始したら、加熱制御部３１は、改質触媒温度センサ４０から改質触媒温度Ｔ１を取得し（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０２で設定した予備加熱温度Ｔ０１と比較する（ステップＳ２０５）。加熱制御部３１は、Ｔ０１≦Ｔ１になるまで待機する（ステップＳ２０５：Ｎｏ）。そして、Ｔ０１≦Ｔ１となったら、始動制御装置３０ＣＡが備える改質制御部３２は、改質用空気ポンプ２４を駆動するとともに改質用空気供給弁２３を動作させて改質器１０の混合室１６へ改質用空気Ａｒを供給する（ステップＳ２０６）。このときの改質用空気Ａｒの供給量は、内燃機関１の始動に必要な量であって、かつＯ／Ｃ（酸素／炭素）＝１となる量である。改質用燃料がガソリンである場合、Ｏ／Ｃ＝１とするためには、空燃比Ａ／Ｆがおよそ５である。なお、改質用空気Ａｒの供給時は、図１０のτ₂である。

その後、加熱制御部３１は、改質触媒温度センサ４０から改質触媒温度Ｔ１を取得し（ステップＳ２０７）、予備加熱温度Ｔ０１と改質触媒温度Ｔ１との差Δθ１が、前記触媒温度下降温度ΔＴ１ｄ以上になるまで待機する（ステップＳ２０８：Ｎｏ）。これは、改質触媒１０Ｃに供給した改質用空気Ａｒを、改質に必要な温度に昇温させるためである。そして、Δθ１≧Ｔ１ｄとなったら（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、改質制御部３２は、改質用燃料ポンプ２５を駆動してから改質用燃料噴射弁２０を動作させて、改質用燃料噴射弁２０から改質器１０の混合室１６へ改質用燃料Ｆｒを噴射させる（ステップＳ２０９）。このときの改質用燃料Ｆｒの供給量は、内燃機関１の始動に必要な量であって、かつＯ／Ｃ（酸素／炭素）＝１となる量である。改質用燃料がガソリンである場合、Ｏ／Ｃ＝１とするためには、空燃比Ａ／Ｆがおよそ５である。改質用燃料Ｆｒの供給時は、図１０のτ₃である。

改質用燃料噴射弁２０から噴射された改質用燃料Ｆｒは、すでに混合室１６へ供給されている改質用空気Ａｒと十分に混合されて改質用混合気Ｇｍを形成する。その後、改質用混合気Ｇｍは、改質触媒１０Ｃへ流入し、部分酸化反応が開始する。この実施例においては、最初に改質用空気Ａｒのみを改質触媒１０Ｃに供給するので、前記触媒温度下降温度ΔＴ２ｄは改質用混合気Ｇｍを供給した場合よりも小さく、予備加熱温度Ｔ０１を断熱反応温度ｔ０近傍に設定しても、改質用燃料Ｆｒを改質触媒１０Ｃへ供給した時点における改質触媒温度Ｔ１は、断熱反応温度ｔ０から大きく外れることはない。このように、この実施例においては、予備加熱温度Ｔ０１を断熱反応温度ｔ０近傍に設定できるので、改質器１０の高温耐久性を向上させることができる。

また、最初に改質用空気Ａｒのみが改質触媒１０Ｃに供給されているので、改質用燃料Ｆｒを供給することによる改質触媒温度Ｔ１の低下は小さい。そして、最初に改質用空気Ａｒのみが改質触媒１０Ｃに供給されているので、改質用燃料Ｆｒが改質触媒１０Ｃへ到達した初期段階においては、Ｏ／Ｃ＞１、すなわち酸素過剰状態になるため、部分酸化反応の反応温度の立ち上がりは早くなる。その結果、未改質ＨＣの発生量をより抑えることができる。このように、この実施例では、改質性能を向上させることができる。

改質用燃料Ｆｒが噴射されたら、加熱制御部３１は、改質触媒１０Ｃの加熱を終了する（ステップＳ２１０）。この実施例において、改質触媒１０Ｃの加熱終了時は、改質用燃料Ｆｒの供給時、すなわち図１０のτ₃である。このようにすれば、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。なお、改質触媒１０Ｃの加熱を終了してから、すなわち改質用燃料Ｆｒを供給する前に加熱を終了してから、改質用燃料Ｆｒを供給してもよい。このようにしても、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。

さらに、改質用燃料Ｆｒを供給してから所定の期間待機して、内燃機関１の始動前に改質触媒１０Ｃの加熱を終了してもよい。この場合、内燃機関１を始動する直前まで、改質触媒１０Ｃの加熱を継続してもよい。このようにすれば、改質用燃料Ｆｒを供給した後における改質触媒温度Ｔ１の温度低下を抑えることができるので、未改質ＨＣの発生を抑制できる。

なお、改質用空気Ａｒを改質触媒１０Ｃに供給した時点以降に、改質触媒１０Ｃの加熱を停止してもよい。このようにすれば、改質触媒温度Ｔ１の低下を抑制できる。また、改質用空気Ａｒを改質触媒１０Ｃに供給する前に、改質触媒１０Ｃの加熱を停止してもよい。このようにすれば、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。また、改質触媒１０Ｃの加熱は、内燃機関１の始動（図１０のτ₄）前に終了させる。改質触媒１０Ｃの加熱時期と内燃機関１の始動時期とが重ならないようにするためである。

改質触媒１０Ｃの加熱を終了し、改質用燃料Ｆｒの供給を開始したら、始動制御部３３は、経過時間τｍを０にセットする（ステップＳ２１１）。そして、始動制御部３３は、経過時間τｍを０にセットした時点、すなわち改質触媒１０Ｃの加熱を終了し、改質用燃料Ｆｒの供給を開始した時点からの経過時間τｍを取得し（ステップＳ２１２）、τｍ＞Δτｍ０となるまで待機する（ステップＳ２１３：Ｎｏ）。

τｍ＞Δτｍ０となったら（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、始動制御部３３は、スターターモータ２６を駆動して内燃機関１を始動する（ステップＳ２１４、図１０中のτ₄）。このとき、改質触媒１０Ｃの加熱が継続している場合は、内燃機関１の始動前に前記加熱を終了する。このように、待機時間Δτｍ０を待機してから内燃機関１を始動することによって、最初に改質用空気Ａｒを供給することで改質触媒１０Ｃから内燃機関１の燃焼室１Ｂまでの間に存在する空気を改質ガスＧｒで置換できる。これによって、前記空気を排出するために内燃機関１の空回しをする必要性を最小限に抑えることができる。その結果、スターターモータ２６の駆動を必要最小限に抑えることができるので、内燃機関１の始動によるエネルギー消費を抑制できる。

また、この実施例のように、改質触媒１０Ｃの加熱が終了してから内燃機関１を始動することにより、改質触媒１０Ｃの加熱期間とスターターモータ２６の駆動期間とが重ならない。その結果、改質触媒１０Ｃを電気加熱する場合には、電源の容量を抑制できる。上記手順により、この実施例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

以上、この実施例では、改質手段による部分酸化改質を開始する前に、改質手段が備える改質触媒の温度を、部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度まで昇温させる。そして、改質用空気のみを先に改質触媒へ供給してから、改質用燃料を改質触媒へ供給する。このように、最初に改質用空気のみを改質触媒に供給するので、改質用燃料を供給することによる改質触媒温度の低下をより小さくできる。また、最初に改質用空気のみが改質触媒に供給されているので、改質用燃料が改質触媒へ到達した初期段階においては酸素過剰状態になるため、部分酸化反応の反応温度の立ち上がりは早くなる。その結果、未改質の発生量をより効果的に抑えることができ、内燃機関の始動時におけるエミッション悪化をより効果的に抑制できる。なお、実施例２で開示した構成は、以下の実施例においても適宜適用することができる。また、実施例２と同様の構成を備えるものは、実施例１と同様の作用、効果を奏する。

（参考例）
この参考例は、予備加熱温度を部分改質反応の断熱反応温度よりも低く設定する点が異なる。他の構成は、実施例２と同様である。なお、この参考例に係る内燃機関の始動制御は、実施例１に係る内燃機関の始動制御装置（図４参照）によって実現できる。次の説明においては、適宜図１、図４を参照されたい。

図１１は、この参考例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。図１２は、この参考例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。この参考例では、改質を開始する前に、断熱反応温度ｔ０よりも低い温度の予備加熱温度Ｔ０２まで改質触媒１０Ｃを加熱する（図１２参照）。この参考例に係る内燃機関を運転するにあたり、内燃機関の始動制御装置（以下始動制御装置）３０ＣＡが備える加熱制御部３１は、スタートスイッチ４３から内燃機関１の起動信号があるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。起動信号がない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、この参考例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

起動信号がある場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、始動制御装置３０ＣＡのパラメータ設定部３４は、改質用空気温度センサ４４から改質用空気Ａｒの温度を取得し、予備加熱温度Ｔ０２を設定する（ステップＳ３０２）。なお、実施例１で説明したように、環境条件等によって予備加熱温度Ｔ０２を変更してもよい。

上述したように、予備加熱温度Ｔ０２は、断熱反応温度ｔ０よりもΔＴ２分低い。このように、この参考例においては、予備加熱温度Ｔ０２を断熱反応温度ｔ０よりも低い温度とするので、改質触媒１０Ｃに加熱に要するエネルギーを低減できる。また、予備加熱温度Ｔ０２を低く設定できるので、改質器１０の高温耐久性を向上させることができる。ここで、予備加熱温度Ｔ０２が低すぎると、未改質ＨＣ量が増加するので、未改質ＨＣの発生量が許容できる範囲内で予備加熱温度Ｔ０２を決定する。

予備加熱温度Ｔ０２を設定したら、加熱制御部３１は、ヒータスイッチ１５をＯＮにして改質触媒１０Ｃの加熱を開始する（ステップＳ３０３）。なお、図１２のτ₁が加熱開始時になる。改質触媒１０Ｃの加熱を開始したら、加熱制御部３１は、改質触媒温度センサ４０から改質触媒温度Ｔ１を取得し（ステップＳ３０４）、ステップＳ３０２で設定した予備加熱温度Ｔ０２と比較する（ステップＳ３０５）。加熱制御部３１は、Ｔ０２≦Ｔ１になるまで待機する（ステップＳ３０５：Ｎｏ）。そして、Ｔ０２≦Ｔ１となったら、始動制御装置３０ＣＡが備える改質制御部３２は、改質用空気ポンプ２４を駆動するとともに改質用空気供給弁２３を動作させて改質器１０の混合室１６へ改質用空気Ａｒを供給する（ステップＳ３０６）。このときの改質用空気Ａｒの供給量は、内燃機関１の始動に必要な量であって、かつＯ／Ｃ（酸素／炭素）＝１となる量である。改質用燃料がガソリンである場合、Ｏ／Ｃ＝１とするためには、空燃比Ａ／Ｆがおよそ５である。なお、改質用空気Ａｒの供給時は、図１２のτ₂である。

その後、加熱制御部３１は、改質触媒温度センサ４０から改質触媒温度Ｔ１を取得し（ステップＳ３０７）、予備加熱温度Ｔ０２と改質触媒温度Ｔ１との差Δθ２が、所定の下降温度ΔＴ２ｄ以上になるまで待機する（ステップＳ３０８：Ｎｏ）。これは、改質触媒１０Ｃに供給した改質用空気Ａｒを、改質に必要な温度に昇温させるためである。そして、Δθ２≧Ｔ２ｄとなったら（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、改質制御部３２は、改質用燃料ポンプ２５を駆動してから改質用燃料噴射弁２０を動作させて、改質用燃料噴射弁２０から改質器１０の混合室１６へ改質用燃料Ｆｒを噴射させる（ステップＳ３０９）。このときの改質用燃料Ｆｒの供給量は、内燃機関１の始動に必要な量であって、かつＯ／Ｃ（酸素／炭素）＝１となる量である。改質用燃料がガソリンである場合、Ｏ／Ｃ＝１とするためには、空燃比Ａ／Ｆがおよそ５である。なお、改質用燃料Ｆｒの供給時は、図１２のτ₃である。

改質用燃料噴射弁２０から噴射された改質用燃料Ｆｒは、すでに混合室１６へ供給されている改質用空気Ａｒと十分に混合されて改質用混合気Ｇｍを形成する。その後、改質用混合気Ｇｍは、改質触媒１０Ｃへ流入し、部分酸化反応が開始する。改質触媒１０Ｃに改質用燃料Ｆｒを噴射すると部分酸化反応が開始し、その反応熱で図１２に示すように改質触媒温度Ｔ１が上昇する。

この参考例においては、最初に改質用空気Ａｒのみが改質触媒１０Ｃに供給されているので、改質用燃料Ｆｒを供給することによる改質触媒温度Ｔ１の低下を小さく抑えることができる。また、最初に改質用空気Ａｒのみが改質触媒１０Ｃに供給されているので、改質用燃料Ｆｒが改質触媒１０Ｃへ到達した初期段階においては、Ｏ／Ｃ＞１、すなわち酸素過剰状態になるため、部分酸化反応の反応温度の立ち上がりは早くなる。その結果、未改質ＨＣの発生量をより抑えることができる。

改質用燃料Ｆｒが噴射されたら、加熱制御部３１は、改質触媒１０Ｃの加熱を終了する（ステップＳ３１０）。この参考例において、改質触媒１０Ｃの加熱終了時は、改質用燃料Ｆｒの供給時、すなわち図１０のτ₃である。このようにすれば、改質触媒１０Ｃの加熱に要するエネルギーを低減できる。なお、改質用燃料Ｆｒを供給してから所定の期間待機して、内燃機関１の始動前に改質触媒１０Ｃの加熱を終了してもよい。また、内燃機関１を始動する直前まで、改質触媒１０Ｃの加熱を継続してもよい。このようにすれば、改質触媒温度Ｔ１をより早く断熱反応温度ｔ０に到達させることができるので、未改質ＨＣの発生を抑制できる。なお、改質触媒１０Ｃの加熱は、内燃機関１の始動（図１２のτ₄）前に終了させる。改質触媒１０Ｃの加熱時期と内燃機関１の始動時期とが重ならないようにするためである。

改質触媒１０Ｃの加熱を終了し、改質用燃料Ｆｒの供給を開始したら、始動制御部３３は、経過時間τｍを０にセットする（ステップＳ３１１）。そして、始動制御部３３は、経過時間τｍを０にセットした時点、すなわち改質触媒１０Ｃの加熱を終了し、改質用燃料Ｆｒの供給を開始した時点からの経過時間τｍを取得し（ステップＳ３１２）、τｍ＞Δτｍ０となるまで待機する（ステップＳ３１３：Ｎｏ）。

τｍ＞Δτｍ０となったら（ステップＳ３１３：Ｙｅｓ）、始動制御部３３は、スターターモータ２６を駆動して内燃機関１を始動する（ステップＳ３１４、図１０中のτ₄）。このとき、改質触媒１０Ｃの加熱が継続している場合は、内燃機関１の始動前に前記加熱を終了する。このように、待機時間Δτｍ０を待機してから内燃機関１を始動することによって、最初に改質用空気Ａｒを供給することで改質触媒１０Ｃから内燃機関１の燃焼室１Ｂまでの間に存在する空気を改質ガスＧｒで置換できる。これによって、前記空気を排出するために内燃機関１の空回しをする必要性を最小限に抑えることができる。その結果、スターターモータ２６の駆動を必要最小限に抑えることができるので、内燃機関１の始動によるエネルギー消費を抑制できる。

また、この参考例のように、改質触媒１０Ｃの加熱が終了してから内燃機関１を始動することにより、改質触媒１０Ｃの加熱期間とスターターモータ２６の駆動期間とが重ならない。その結果、改質触媒１０Ｃを電気加熱する場合には、電源の容量を抑制できる。上記手順により、この参考例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

以上、この参考例では、改質手段による部分酸化改質を開始する前に、部分改質反応の断熱反応温度よりも所定の温度だけ低い予備加熱温度に改質触媒の温度を昇温させる。これにより、改質触媒の加熱に要するエネルギーを低減できるとともに、未改質ＨＣの発生量を低減して、内燃機関の始動時におけるエミッション悪化を抑制できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の始動制御装置は、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する内燃機関に有用であり、特に、未改質ＨＣの増加を抑制することに適している。

この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。 改質器から排出される未改質ＨＣの排出濃度と、内燃機関始動時からの経過時間との関係を示す説明図である。 改質器から排出される未改質ＨＣの排出濃度と、改質器が備える改質触媒温度との関係を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の始動制御装置を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。 この実施例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。 予備加熱温度の設定に用いるマップを示す説明図である。 予備加熱温度の設定に用いるマップを示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。 この実施例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。 この参考例に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチャートである。 この参考例に係る内燃機関の始動制御における改質触媒温度と時間との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１Ｂ 燃焼室
３ 吸気通路
９ 改質ガス入口
１０ 改質器
１０Ｃ 改質触媒
１０Ｓ 筺体
１５ ヒータスイッチ
１６ 混合室
１８ 改質用空気導入口
１９ 改質器出口
２０ 改質用燃料噴射弁
２１ 改質用燃料導管
２２ 改質用空気導管
２３ 改質用空気供給弁
２４ 改質用空気ポンプ
２５ 改質用燃料ポンプ
２６ スターターモータ
２７ 改質ガス導管
３０ 機関ＥＣＵ
３０ＣＡ 内燃機関の始動制御装置
３０ｃ 機関制御部
３１ 加熱制御部
３２ 改質制御部
３３ 始動制御部
３４ パラメータ設定部
４０ 改質触媒温度センサ
４３ スタートスイッチ
４４ 改質用空気温度センサ

Claims (17)

1. 空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、
   改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、
   前記改質用混合気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる改質触媒加熱手段と、
   前記内燃機関を始動させる始動手段と、を含み、
   前記改質触媒による改質が開始してから始動することを特徴とする内燃機関。
2. 前記予備加熱温度は、
   部分酸化反応における断熱反応温度と、前記改質用混合気が前記改質触媒に供給されてから部分酸化反応が開始するまでに低下する前記改質触媒の温度との和よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記始動手段は、
   前記改質用混合気が前記改質触媒に供給された後、前記予備加熱温度と、部分酸化反応が開始するまでに低下する前記改質触媒の温度との差分よりも、前記改質触媒の温度が低い温度になってから、前記内燃機関を始動することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記内燃機関の始動前に、前記改質触媒加熱手段による加熱を停止することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関。
5. 前記改質用混合気を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による加熱を停止することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止してから、前記改質用混合気が前記改質触媒に供給されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
7. 空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、
   改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、
   前記改質用空気が最初に前記改質触媒へ供給され、その後、前記改質用燃料が前記改質触媒へ供給され、かつ前記改質用空気を前記改質手段に供給する前に、前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる改質触媒加熱手段と、
   前記改質触媒による改質が開始してから前記内燃機関を始動させる始動手段と、を含み、
   前記改質触媒による改質が開始してから始動することを特徴とする内燃機関。
8. 前記予備加熱温度は、
   部分酸化反応における断熱反応温度と、前記改質用空気が前記改質触媒に供給されることにより低下する前記改質触媒の温度との和よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記内燃機関の始動前に、前記改質触媒加熱手段による改質触媒の加熱を停止することを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関。
10. 前記始動手段は、
    前記改質用燃料が前記改質触媒へ供給されてから、所定の待機時間が経過した後に、前記内燃機関を始動することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記改質用空気を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関。
12. 前記改質用空気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関。
13. 前記改質用燃料を前記改質触媒に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関。
14. 前記改質触媒加熱手段による前記改質触媒の加熱を停止してから、前記改質用燃料が前記改質触媒に供給されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関。
15. 前記改質用空気の性状又は前記改質用燃料の性状のうち少なくとも一方に応じて、前記予備加熱温度を変更することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の内燃機関。
16. 空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質触媒の温度を昇温させる改質触媒加熱手段とを備える内燃機関を制御するものであり、
    前記改質用混合気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段によって前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる加熱制御部と、
    前記改質触媒の温度が前記予備加熱温度よりも高くなった後に、前記改質触媒へ前記改質用混合気を供給する改質制御部と、
    前記改質触媒による改質が開始してから前記内燃機関を始動させる始動制御部と、
    を含むことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
17. 空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ改質用燃料と改質用空気との改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、この改質ガスを前記燃焼室へ供給する改質手段と、前記改質触媒の温度を昇温させる改質触媒加熱手段とを備える内燃機関を制御するものであり、
    前記改質用空気を前記改質触媒に供給する前に、前記改質触媒加熱手段によって前記改質触媒の温度を、前記改質用燃料の部分酸化反応における断熱反応温度よりも高い所定の予備加熱温度に昇温させる加熱制御部と、
    前記改質触媒の温度が前記予備加熱温度よりも高くなった後に、前記改質触媒へ前記改質用空気を供給し、その後、前記改質用燃料を前記改質触媒へ供給する改質制御部と、
    前記改質触媒による改質が開始してから前記内燃機関を始動させる始動制御部と、
    を含むことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。

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