WO2007015522A1

WO2007015522A1 - 内燃機関及び内燃機関の始動制御装置

Info

Publication number: WO2007015522A1
Application number: PCT/JP2006/315318
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Sakurai; Kazuhiro Wakao
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-02-08
Also published as: CN100560959C; JP4337786B2; EP1845246A1; US20080110419A1; JP2007040203A; EP1845246A4; US7530335B2; CN101133237A

Abstract

　未改質ＨＣの増加を抑制することを課題とする。この内燃機関１は、改質器１０と、金属箔に触媒を担持して構成される改質触媒１０Ｃ及び改質触媒１０Ｃの正電極１２と負電極１３とに接続される電源１４で構成される加熱手段とを含む。改質器１０は、改質触媒１０Ｃを備え、改質用燃料Ｆｒと改質用空気Ａｒとの改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃにより改質して、水素を含む改質ガスＧｒを生成する。この改質ガスＧｒは、内燃機関１の燃焼室１Ｂへ供給される。そして、改質用混合気Ｇｍを改質触媒１０Ｃに供給する前に、改質触媒１０Ｃ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に昇温させてから、内燃機関１を始動する。

Description

明細書

内燃機関及び内燃機関の始動制御装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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

[0003] 特許文献 1 :特開 2001— 050118号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 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、内燃機関力も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ィ匕触媒が活性温度に達してヽなヽために内燃機関の排ガスが净化されず、大気中に未燃 HCを排出してしまうおそれがあった。

[0005] 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。

課題を解決するための手段 [0006] 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ィ匕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。

[0007] 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力部分酸ィ匕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。

[0008] 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つてから、前記内燃機関を始動することを特徴とする。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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。 [0021] 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ィ匕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つた後に、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力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。

[0022] 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ィ匕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つた後に、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カゝ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。

発明の効果

[0023] 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。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1は、実施形態 1に係る内燃機関の全体構成図である。 [図 2]図 2は、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。

[図 3]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。

[図 4]図 4は、実施形態 1に係る内燃機関の始動制御装置を示す説明図である。

[図 5]図 5は、実施形態 1に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチヤ一トである。

[図 6]図 6は、実施形態 1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。

[図 7]図 7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。

[図 8]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。

[図 9]図 9は、実施形態 2に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチヤ一トである。

[図 10]図 10は、実施形態 2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。

[図 11]図 11は、実施形態 3に係る内燃機関の始動制御の手順を説明するフローチヤートである。

[図 12]図 12は、実施形態 3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 筐体

15 ヒータスィッチ 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

29 点火プラグ

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 スタートスィッチ

44 改質用空気温度センサ

発明を実施するための最良の形態

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（以下実施形態という）の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態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。 [0027] (実施形態 1)

この実施形態は、改質手段による部分酸ィ匕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。

[0028] 図 1は、実施形態 1に係る内燃機関の全体構成図である。図 1を用いて、この実施形態に係る内燃機関の構成について説明する。この実施形態に係る内燃機関 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、 H (水素）と CO (—

2

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。

[0029] この実施形態に係る内燃機関 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、スタートスィッチ 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。

[0030] 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ェアフロ一センサ 42で吸入空気量が測定される。その計測値は機関 ECU (Electronic Contr ol Unit) 30〖こ取り込まれる。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。

[0031] 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、点火手段である点火プラグ 29によって着火され、燃焼する。なお、この実施形態では、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。

[0032] 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 力ゝらへ排出される。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、この実施形態に係る内燃機関 1が備える改質器 10について説明する。

[0033] 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、これによつ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、筐体 10S内に改質触媒 1 OCを備えている。改質触媒 10Cは、例えば、ジルコユア系の触媒やロジウム系の触媒が用いられ、この実施形態においては、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。

[0034] 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。

[0035] 正電極 12と電源 14との間には、ヒータスィッチ 15が配置される。ヒータスィッチ 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。ヒータスィツチ 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に向力つて電流が流れる。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に向力つ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。これによつて改質触媒 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 IOC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ぐ例えば、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。

[0036] 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、この実施形態に係る内燃機関の始動制御に用いる（以下同様)。

[0037] 改質器 10の筐体 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。

[0038] 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。

[0039] 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。

[0040] 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 (—酸化炭素）及び H (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°C)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 H + (m/2) 0→mCO+ (n/2) H · · · (1)

m n 2 2

[0041] 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。

[0042] 改質ガス Grに含まれる水素 (H )は、ガソリンのような改質用燃料 Frと比較して燃焼

2

速度が相当速ぐ急速燃焼する。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。これによつて、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。

[0043] 図 2は、改質器カゝ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力も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。

[0044] 改質時において、初期温度が低いと、部分酸ィ匕反応が起こりに《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。この実施形態において、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 p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 pは p →p → の順に高

C B A

くなる（図 2)。

[0045] 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、部分酸ィ匕反応の発熱によって触媒温度 10Cは上昇する。これによつて、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、ェミッションを悪ィ匕させる。これは、始動時、特に冷間始動時にぉ、て顕著になる。

[0046] 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によつて改質触媒 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。

[0047] 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 tO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 tO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 tOよりも高い温度まで上昇させて力も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。この実施形態では、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 tOよりも高い予備加熱温度 TO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 V、た場合の部分酸化反応における断熱反応温度 tOは 900°C〜950°C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ィ匕反応における断熱反応温度 tOは 700°C〜850°C程度である。 [0048] 次に、この実施形態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、実施形態 1に係る内燃機関の始動制御装置を示す説明図である。この実施形態に係る内燃機関の始動制御は、この実施形態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 E CU30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と力も構成される。

[0049] なお、機関 ECU30とは別個に、この実施形態に係る内燃機関の始動制御装置 30 CAを用意し、これを機関 ECU30に接続してもよい。そして、この実施形態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。

[0050] この実施形態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、この実施形態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、この実施形態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。この実施形態において、内燃機関の始動制御装置 30CAは、機関 ECU30を構成する CPU (Central Proces sing 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。

[0051] CPU30pと、記憶部 30mとは、バス 35により接続される。また、内燃機関の始動制

3

御装置 30CAと機関制御部 30cとは、バス 35、 35及び入力ポート 36及び出力ポー

1 2

ト 37を介して接続される。これ〖こより、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 3 Oc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。 [0052] 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。人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ツチ 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、入カインターフェイス 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、る。これらのセンサ類力も出力される信号は、入力インターフェイス 38内の AZD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。

[0053] 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、ヒータスィッチ 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、 CPU30 P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

[0054] 記憶部 30mには、この実施形態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。

[0055] 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、この実施形態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、前記コンビュータプログラムの代わりに専用のハードウアを用いて、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、。次に、この実施形態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。

[0056] 図 5は、実施形態 1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、実施形態 1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。この実施形態に係る内燃機関を運転するにあたり、この実施形態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、スタートスィッチ 43から内燃機関 1の起動信号がある力否かを判定する (ステップ S 101)。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。

[0057] 上述したように、この実施形態では、改質を開始する前に、断熱反応温度 tOよりも高い予備加熱温度 TO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 tO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 ATd (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 tOよりも低くなると、未改質 HCの発生量が増加する。

[0058] したがって、予備加熱温度 TOは、断熱反応温度 tOに前記触媒温度下降温度 ΔΤ dを加算した値よりも大きくする (TO (=t0+ ΔΤ) > (t0+ ΔΤά) ₀すなわち、断熱反応温度 tO力もの改質触媒 10Cの温度上昇分 ΔΤは、前記触媒温度下降温度 ATd よりも大きくする（ΔΤ> ΔΤά) ₀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 tO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+ ATd)、すなわち ΔΤ> ATd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 tOに近づくため、改質開始時における未改質 H Cの発生量を最小限に抑えることができる。

[0059] 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 TOは、一定値としてもよいが、この実施形態においては、環境条件等に応じて、前記予備加熱温度 TO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 ATd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 Θ iが低くなるにしたがって、予備加熱温度 TOを高く設定する。

[0060] また、内燃機関の始動時にぉ、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 ATd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 TO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 ATd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 TOを高く設定する。

[0061] 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、、ずれか一つに基づ、て、ある、は 2以上を組み合わせて予備加熱温度 TO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 TOを変更することが好ましい。

[0062] 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 TOを断熱反応温度 tOに前記触媒温度下降温度 ATd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で部分酸ィ匕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 to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。

[0063] 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、前記マツプ 50等を用いて予備加熱温度 TOを設定する (ステップ S102)。予備加熱温度 TOを設定したら、加熱制御部 31は、ヒータスィッチ 15を ONにして改質触媒 10Cの加熱を開始する (ステップ S 103)。なお、図 6のてが加熱開始時になる。

1

[0064] 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 S 104)、ステップ S 102で設定した予備加熱温度 TOと比較する (ステップ S 105)。加熱制御部 31は、 TO≤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。

[0065] 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 OZC (酸素 Z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、 0/C = l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。これによつて、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 τ である。

2

[0066] 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 S 107)。改質用混合気 Gmの供給から加熱終了までの期間 Δ ては、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 A Td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 Δ τを設定してもよい（Δ τ = τ - τ + α ) ₀このようにすれば、前記触媒温度下降

3 2

温度 A Td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 A Tdに到達する前に加熱を停止するように前記期間 Δ てを設定してもよい。なお、改質触媒 10Cの加熱は、内燃機関 1 の始動（図 6の τ )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

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時期とが重ならな、ようにするためである。

[0067] また、この実施形態では、前記期間 Δ て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 Δ て =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 IOCの加熱に要するエネルギーを低減できる。

[0068] 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 S 108)。そして、始動制御部 33は、予備加熱温度 TOと改質触媒温度 T1との差 Δ Θ力前記触媒温度下降温度 A Td以上になるまで待機する（ステップ S 109 : No)。 Δ Θ≥ A Tdになったら（ステップ S 109 : 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 S 110)。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 Δ て mA ( = τ — τ )待機して内燃機関 1を始動する（図 6中の τ )。なお、図 6中の τ

3 2 4 3 力 Δ 0≥ A Td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。

[0069] このように、待機時間 Δ τ mA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が生成されてカゝら内燃機関 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、この実施形態のように、改質触媒 10Cの加熱が終了して力も内燃機関 1を始動することにより、改質触媒 10Cの加熱期間とスタ一ターモータ 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、この実施形態に係る内燃機関の始動制御は終了する。

[0070] 以上、この実施形態では、改質手段による部分酸ィ匕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。これによつて、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ェミッション悪ィ匕を抑制できる。なお、実施形態 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、実施形態 1と同様の構成を備えるものは、実施形態 1と同様の作用、効果を奏する。

[0071] (実施形態 2)

実施形態 2は、実施形態 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、実施形態 1と同様である。なお、実施形態 2に係る内燃機関の始動制御は、実施形態 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。

[0072] 図 9は、実施形態 2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、実施形態 2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。この実施形態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、スタ一トスイッチ 43から内燃機関 1の起動信号がある力否かを判定する (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。

[0073] この実施形態でも、改質を開始する前に、断熱反応温度 tO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 tOよりも高ヽ温度まで改質触媒 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〖こ改質用空気 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 ATld (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 tOよりも低くなると、未改質 HCの発生量が増加する。

[0074] したがって、この実施形態において、予備加熱温度 T01は、断熱反応温度 tOに前記触媒温度下降温度 ATldを加算した値よりも大きくする (T01 (=t0+ ΔΤ01) > ( t0+ ATld)。すなわち、断熱反応温度 tO力もの改質触媒 10Cの温度上昇分 Δ TO 1は、前記触媒温度下降温度 ATldよりも大きくする（ΔΤ01 > ATld)。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 tO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+ ΔΤΙά)、すなわち ΔΤΟΙ > ATldとすることで、改質用燃料 Frを供給したときには、高温側力も断熱反応温度 tO 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。 [0075] なお、この実施形態においては、改質触媒 10Cへ最初に改質用空気 Arのみを供給するので、上記実施形態 1のように改質用混合気 Gmを改質触媒 1 OC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、実施形態 1における予備加熱温度 TOよりも低い値でよぐ部分酸化反応における断熱反応温度 to近傍とすることができる。

[0076] 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、ヒータスィッチ 15を ONにして改質触媒 1 0Cの加熱を開始する (ステップ S203)。なお、図 6の τ が加熱開始時になる。

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[0077] 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 S 204)、ステップ S 202で設定した予備加熱温度 TO 1と比較する (ステップ S 205)。加熱制御部 31は、 T01≤T1になるまで待機する（ステップ S 205 : 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 S 206)。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 OZC (酸素 Z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 AZFがおよそ 5である。なお、改質用空気 Arの供給時は、図 10の τ である。

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[0078] 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 Δ θ 1が、前記触媒温度下降温度 A Tld以上になるまで待機する (ステップ S 208 : 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、 Δ Θ l≥Tld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を駆動して力も改質用燃料噴射弁 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 OZC (酸素 Z炭素） = iとなる量である。改質用燃料がガソリンである場合、 oZc= iとするためには、空燃比 AZFがおよそ 5である。改質用燃料 Frの供給時は、図 10のて

3 である。

[0079] 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へ供給されてヽる改質用空気 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。この実施形態においては、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 A T2dは改質用混合気 Gmを供給した場合よりも小さぐ予備カロ熱温度 T01を断熱反応温度 tO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 tO力大きく外れることはない。このように、この実施形態においては、予備加熱温度 TO 1を断熱反応温度 to 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。

[0080] 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に供給されてヽるので、改質用燃料 Frが改質触媒 1 0Cへ到達した初期段階においては、 OZC > l、すなわち酸素過剰状態になるため、部分酸ィ匕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、この実施形態では、改質性能を向上させることがでさる。

[0081] 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)。この実施形態において、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 τ である。このようにすれば、改質触媒 10Cの

3

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

[0082] さらに、改質用燃料 Frを供給して力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 IOC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。

[0083] 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 τ )前に終了させる。改

4

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。

[0084] 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 3 3は、経過時間 τ m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 τ m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力もの経過時間 τ mを取得し (ステップ S 212)、 τ m> Δ τ mOとなるまで待機する（ステップ S213 : No)。

[0085] τ m> Δ τ mO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 τ )₀このとき、

4

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 Δ τ mOを待機してから内燃機関 1を始動することによつて、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。これによつて、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。

[0086] また、この実施形態のように、改質触媒 10Cの加熱が終了して力も内燃機関 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、この実施形態に係る内燃機関の始動制御は終了する。 [0087] 以上、この実施形態では、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ェミッション悪ィ匕をより効果的に抑制できる。なお、実施形態 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、実施形態 2と同様の構成を備えるものは、実施形態 1 と同様の作用、効果を奏する。

[0088] (実施形態 3)

実施形態 3は、実施形態 2と略同様の構成であるが、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、実施形態 2と同様である。なお、実施形態 3に係る内燃機関の始動制御は、実施形態 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。

[0089] 図 11は、実施形態 3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、実施形態 3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。この実施形態では、改質を開始する前に、断熱反応温度 tO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)。この実施形態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、スタートスィッチ 43から内燃機関 1の起動信号がある力否かを判定する (ステップ S301)。起動信号がない場合 (ステップ S301 :No)、実施例に係る内燃機関の始動制御は終了する。

[0090] 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、予備カロ熱温度 T02を設定する (ステップ S302)。なお、実施形態 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。

[0091] 上述したように、予備加熱温度 T02は、断熱反応温度 tOよりも ΔΤ2分低い。このように、この実施形態においては、予備加熱温度 T02を断熱反応温度 tO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、予備カロ熱温度 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。

[0092] 予備加熱温度 T02を設定したら、加熱制御部 31は、ヒータスィッチ 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のてが加熱開始時

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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 S 306)。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つて、かつ OZC (酸素 Z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、 0/C= lとするためには、空燃比 AZFがおよそ 5である。なお、改質用空気 Arの供給時は、図 12の τ である。

2

[0093] 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 Τ02と改質触媒温度 T1との差 Δ Θ 2が、所定の下降温度 AT2d以上になるまで待機する (ステップ S 308 : No)。これは、改質触媒 10 C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、 Δ Θ 2≥T2dとなったら (ステップ S308 :Yes)、改質制御部 32は、改質用燃料ボンプ 25を駆動して力も改質用燃料噴射弁 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 OZC (酸素 Z炭素） = iとなる量である。改質用燃料がガソリンである場合、 oZc= iとするためには、空燃比 AZFがおよそ 5である。なお、改質用燃料 Frの供給時は、図 12の τ

3 である。

[0094] 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へ供給されてヽる改質用空気 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。

[0095] この実施形態においては、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、 0/0 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。

[0096] 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)。この実施形態において、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 τ である。このようにすれば、改質触媒 10Cの

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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を供給して力も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 to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 τ )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

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が重ならな、ようにするためである。

[0097] 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 3 3は、経過時間 τ m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 τ m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力もの経過時間て mを取得し (ステップ S312)、て m> Δ τ mOとなるまで待機する（ステップ S313 : No)。

[0098] τ m> Δ τ mO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 τ )₀このとき、

4

[0099] また、この実施形態のように、改質触媒 10Cの加熱が終了して力も内燃機関 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、この実施形態に係る内燃機関の始動制御は終了する。

[0100] 以上、実施形態 3では、改質手段による部分酸ィ匕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ェミッション悪ィ匕を抑制できる。

産業上の利用可能性

[0101] 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、る。

Claims

請求の範囲

[1] 空気と燃料との混合気に点火手段 (29)で着火して、燃焼室（1B)内で燃焼させることにより駆動する内燃機関（1)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（10C)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（10)と前記改質用混合気を前記改質触媒 (10C)に供給する前に、前記改質触媒 (10C) の温度を、前記改質用燃料の部分酸ィ匕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（14, 13, 11)と、

前記内燃機関（1)を始動させる始動手段 (26)と、を含み、

前記改質触媒（10C)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 (10

C)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（10C) の温度との和よりも高ヽ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 (26)は、

前記改質用混合気が前記改質触媒 (10C)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（10C)の温度との差分よりも、前記改質触媒（10C)の温度が低い温度になつてから、前記内燃機関（1)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（1)の始動前に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)による加熱を停止することを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関。

[5] 前記改質用混合気を前記改質触媒 (10C)に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)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（14, 13, 11)による前記改質触媒（10C)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 (10C)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 (29)で着火して、燃焼室（1B)内で燃焼させることにより駆動する内燃機関（1)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（10C)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（1B)へ供給する改質手段（ 10)と、

前記改質用空気が最初に前記改質触媒 (10C)へ供給され、その後、前記改質用燃料が前記改質触媒 (10C)へ供給され、かつ前記改質用空気を前記改質手段（10 )に供給する前に、前記改質触媒 (10C)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カロ熱手段（14, 13, 11)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（1)を始動させる始動手段 (26)と、を含み、

[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 (10C) に供給されることにより低下する前記改質触媒（10C)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（1)の始動前に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)による改質触媒（10C)の加熱を停止することを特徴とする請求項 7に記載の内燃機関。

[10] 前記始動手段（26)は、

前記改質用燃料が前記改質触媒 (10C)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（1)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 (10C)に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)による前記改質触媒（10C)の加熱を停止することを特徴とする請求項 9に記載の内燃機関。

[12] 前記改質用空気を前記改質触媒 (IOC)に供給する前に、前記改質触媒加熱手段

(14, 13, 11)による前記改質触媒（10C)の加熱を停止することを特徴とする請求項 9に記載の内燃機関。

[13] 前記改質用燃料を前記改質触媒 (10C)に供給した時点以降に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)による前記改質触媒（10C)の加熱を停止することを特徴とする請求項 9に記載の内燃機関。

[14] 前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)による前記改質触媒（10C)の加熱を停止してから、前記改質用燃料が前記改質触媒 (10C)に供給されることを特徴とする請求項 9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 (29)で着火して、燃焼室（1B)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（1 OC)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（1B )へ供給する改質手段（10)と、前記改質触媒（10C)の温度を昇温させる改質触媒加熱手段（14, 13, 11)とを備える内燃機関（1)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 (10C)に供給する前に、前記改質触媒加熱手段（14, 13, 11)によって前記改質触媒（10C)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（31)と、

前記改質触媒（10C)の温度が前記予備加熱温度よりも高くなつた後に、前記改質触媒 (10C)へ前記改質用混合気を供給する改質制御部 (32)と、

前記改質触媒 (10C)による改質が開始して力前記内燃機関（1)を始動させる始動制御部（33)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 (29)で着火して、燃焼室（1B)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（1 OC)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（1B )へ供給する改質手段（10)と、前記改質触媒（10C)の温度を昇温させる改質触媒加熱手段（14, 13, 11)とを備える内燃機関（1)を制御するものであり、

前記改質用空気を前記改質触媒 (10C)に供給する前に、前記改質触媒加熱手段 (14, 13, 11)によって前記改質触媒（10C)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（31)と、

前記改質触媒（10C)の温度が前記予備加熱温度よりも高くなつた後に、前記改質触媒 (10C)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 (10C)へ供給する改質制御部（32)と、

を含むことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。