改質ガス還流装置
【課題】改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスを安定供給可能な改質ガス還流装置を提供する。
【解決手段】改質ガスを吸気系に還流する改質ガス還流装置１００において、第１排気通路３１と、第１排気通路３１に合流する第２排気通路３２と、第１排気通路３１に設けられる排気浄化ユニット４０と、第２排気通路３２内に燃料を供給する燃料供給部５３と、排気を浄化可能な浄化触媒及び第２排気通路３２を流れる排気と燃料供給部５３から供給された燃料から改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニット５０と、排気改質ユニット５０より下流側の第２排気通路３２から分岐し吸気系に連通する連通路５５と、第２排気通路３２を流れる排気の流量を調整可能な調整弁５４と、第２排気通路３２のガス経路を第１排気通路３１側又は連通路５５側に切り換え可能な切換弁５６と、調整弁５４及び切換弁５６を制御する制御部６０とを備えることを特徴とする。
【解決手段】改質ガスを吸気系に還流する改質ガス還流装置１００において、第１排気通路３１と、第１排気通路３１に合流する第２排気通路３２と、第１排気通路３１に設けられる排気浄化ユニット４０と、第２排気通路３２内に燃料を供給する燃料供給部５３と、排気を浄化可能な浄化触媒及び第２排気通路３２を流れる排気と燃料供給部５３から供給された燃料から改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニット５０と、排気改質ユニット５０より下流側の第２排気通路３２から分岐し吸気系に連通する連通路５５と、第２排気通路３２を流れる排気の流量を調整可能な調整弁５４と、第２排気通路３２のガス経路を第１排気通路３１側又は連通路５５側に切り換え可能な切換弁５６と、調整弁５４及び切換弁５６を制御する制御部６０とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気系に改質ガスを還流可能な改質ガス還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンから排出された排気に燃料を供給し、排気と燃料の混合気を改質触媒によって水素を含む改質ガスに改質して、この改質ガスを吸気通路に還流する改質ガス還流装置が開示されている。このように改質ガスを吸気系に還流することによって、エンジンでの混合気の燃焼性を高めることができる。その他、関連する公知文献発明としては、特許文献２に記載の発明等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３７８７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の改質ガス還流装置では、エンジンと排気浄化触媒との間の排気通路に排気改質ユニットが設置され、エンジンから排出された排気のほぼ全量が排気改質ユニットを通過する構成となっており、排気改質ユニットに設けられる改質触媒の温度がエンジン運転状態に応じて変動しやすいという問題がある。例えば、全負荷時等においてエンジンから高温の排気が排出される場合には、改質触媒が高くなり過ぎて熱劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスを安定供給可能な改質ガス還流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】
本発明の改質ガス還流装置は、エンジンから排出されて排気通路を流れる排気から水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを吸気系に還流するように構成される。改質ガス還流装置は、エンジンから排出された排気を流す第１排気通路と、エンジンから排出された排気を流すとともに、下流側において第１排気通路に合流する第２排気通路と、第２排気通路が合流する合流部より上流側の第１排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒を有する排気浄化ユニットと、第２排気通路内に燃料を供給する燃料供給部と、第２排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒及び第２排気通路を流れる排気と燃料供給部から供給された燃料から改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニットと、排気改質ユニットより下流側の第２排気通路から分岐し、吸気系に連通する連通路とを備える。さらに、改質ガス還流装置は、第２排気通路を流れる排気の排気流量を調整可能な調整弁と、第２排気通路のガス経路を第１排気通路側又は連通路側に切り換え可能な切換弁と、調整弁及び切換弁を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２排気通路の排気流量を調整する調整弁及び第２排気通路のガス経路を切り換える切換弁を制御部によって制御するので、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスをエンジンに安定供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図２】コントローラが実行する改質ガス還流制御を示すフローチャートである。
【図３】改質触媒温度と切換弁及び調整弁の開度との関係を示す図である。
【図４】改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【図５】本発明の第２実施形態によるエンジンの改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図６】コントローラが実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。
【図７】第２実施形態の変形例に係る改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図８】第２実施形態の変形例に係る改質ガス還流装置において使用される改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態による改質ガス還流装置１００の構成を説明する。図１は、車両用のエンジン１０の吸気系に改質ガスを還流する改質ガス還流装置１００の概略構成図である。
【００１１】
図１に示すように、改質ガス還流装置１００は、直列４気筒のエンジン１０と、外部から取り込んだ吸気をエンジン１０に導く吸気通路２０と、エンジン１０から排出された排気を外部に導く排気通路３０と、を備える。
【００１２】
エンジン１０は、シリンダブロックの上部に配置されるシリンダヘッド１１を備える。シリンダヘッド１１には、気筒毎に、吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成される。吸気ポート１２は一つの気筒に対して二つ設けられ、これら二つの吸気ポート１２は吸気流れ方向の上流側で合流するように形成される。また、排気ポート１３は一つの気筒に対して二つ設けられ、これら二つの排気ポート１３は排気流れ方向の下流側で合流するように形成される。
【００１３】
各吸気ポート１２には吸気弁１４が設置され、各排気ポート１３には排気弁１５が設置される。吸気弁１４は、吸気カムシャフトに形成された吸気カムによって駆動され、ピストンの上下動に応じて所定タイミングで吸気ポート１２を開閉する。排気弁１５は、排気カムシャフトに形成された排気カムによって駆動され、ピストンの上下動に応じて所定タイミングで排気ポート１３を開閉する。
【００１４】
吸気通路２０は、外部から取り込んだ吸気を吸気マニホールド２１を介して気筒毎に分配し、各気筒の吸気ポート１２に吸気を導く。吸気マニホールド２１には、吸気通路２０内に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示省略）が設置されている。
【００１５】
エンジン１０の気筒内で吸気と燃料の混合気が燃焼すると、エンジン１０から排気が排出される。排気は、排気ポート１３及び排気通路３０を介して外部に排出される。排気通路３０は、排気ポート１３から排出された排気を合流させ下流に導く排気マニホールド３３と、排気マニホールド３３の下流端に接続される第１排気通路３１と、第１排気通路の上流位置で分岐して下流位置で合流する第２排気通路３２と、を備える。
【００１６】
第１排気通路３１は、エンジン１０から排出された排気を外部に導く通路である。第１排気通路３１には、排気を浄化可能な排気浄化ユニット４０が設置される。排気浄化ユニット４０は、担体に三元触媒を担持させた触媒コンバータである。排気浄化ユニット４０の三元触媒は、第１排気通路３１内を流れる排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素(ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。
【００１７】
第２排気通路３２は、排気浄化ユニット４０よりも上流側の第１排気通路３１から分岐し、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１に合流する通路である。第２排気通路３２には、排気を浄化及び改質可能な排気改質ユニット５０が設置される。また、排気改質ユニット５０よりも上流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２内にガソリン等の燃料を供給可能な燃料供給部５３が設置される。
【００１８】
排気改質ユニット５０は、排気を浄化可能な浄化部５１と、排気を改質可能な改質部５２と、から構成されている。浄化部５１は担体に三元触媒を担持させた触媒コンバータであり、改質部５２は担体に改質触媒を担持させた触媒コンバータである。なお、本実施形態では、浄化部５１を改質部５２の上流側に配置したが、改質部５２を浄化部５１の上流側に配置してもよい。
【００１９】
浄化部５１の三元触媒は、第２排気通路を流れる排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを浄化する。
【００２０】
改質部５２の改質触媒は、第２排気通路３２を流れる排気と燃料供給部５３によって供給される燃料から形成された混合気を、水素を含む改質ガスに改質する。改質部５２には、改質触媒の温度を検出するための温度センサ５２Ａが設けられる。改質触媒温度を直接検出することは困難であるため、温度センサ５２Ａは改質触媒を担持する担体の温度を検出する。なお、改質触媒温度は、エンジン運転状態や排気温度等から推定してもよい。
【００２１】
燃料供給部５３よりも上流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２に流入する排気の流量を調整するための調整弁５４が設置される。調整弁５４の開度を変化させることで、第２排気通路３２を流れる排気の流量が調整される。
【００２２】
排気改質ユニット５０よりも下流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２と吸気通路２０とを連通する連通路５５が設けられる。この連通路５５には、連通路５５を流れる改質ガスを冷却可能な冷却器を設置してもよい。
【００２３】
連通路５５が分岐する第２排気通路３２の分岐部には、切換弁５６が設置される。切換弁５６は、第２排気通路３２のガス経路を第１排気通路３１側又は連通路５５側に切り換え可能な弁である。
【００２４】
調整弁５４、切換弁５６、及び燃料供給部５３等は、コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)、及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６０は、複数のマイクロコンピュータで構成するようにしてもよい。
【００２５】
コントローラ６０には、改質触媒温度を検出する温度センサ５２Ａのほか、エンジン１０の所定クランク角度ごとにクランク角度信号を生成するクランク角センサ６１や車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ６２等からの検出データがそれぞれ信号として入力する。クランク角度信号は、エンジン１０のエンジン回転速度を代表する信号として用いられる。アクセルペダルの踏み込み量は、エンジン１０の負荷を代表する信号として用いられる。
【００２６】
コントローラ６０は、上記した入力信号等に基づいて、調整弁５４及び切換弁５６の開度を調整したり、燃料供給部５３による燃料の供給量を調整したりする。
【００２７】
次に、図２を参照して、コントローラ６０による改質ガス還流制御について説明する。図２は、コントローラ６０が実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定間隔例えば１０ミリ秒周期で繰り返し実行される。
【００２８】
Ｓ１０１では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。基準温度Ｔ１は、改質部５２の改質触媒が活性化する温度に設定されている。
【００２９】
コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合にＳ１０２の処理を実行し、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高い場合にＳ１０４の処理を実行する。
【００３０】
Ｓ１０２では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が閉じられ、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００３１】
Ｓ１０３では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔに基づいて調整弁５４の開度を設定する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、図３（Ｂ）に示すように調整弁５４の開度は改質触媒温度が低くなるほど大きくなるように設定される。
【００３２】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、改質触媒温度が低くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が増加するように調整弁５４が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより、第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しやすくなり、第２排気通路３２を流れる排気は浄化部５１で浄化され、改質部５２の改質触媒を昇温させた後に再び第１排気通路３１に流れ込む。このように第２排気通路３２内の排気流量を増加させることで、エンジン１０の始動後に、改質部５２の改質触媒を早期に活性化させることができる。
【００３３】
なお、第２排気通路３２から第１排気通路３１に流入した排気は、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００３４】
一方、Ｓ１０１で改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高いと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ１０４において現在のエンジン運転状態が改質ガスの還流を実施する運転状態（改質ＥＧＲ実施運転状態）であるか否かを判定する。この判定は、クランク角センサ６１によって検出されるエンジン回転速度とアクセルペダルセンサ６２によって検出される負荷とに基づいて、図４のエンジン回転速度−負荷マップを参照することで行われる。
【００３５】
図４は、エンジン回転速度−負荷マップの一例を示す図である。図４に示すように、低負荷運転領域Ａは、改質ガスの還流を実施し、吸気中に占める改質ガスの割合として算出される改質ＥＧＲ率が最も大きくなるように設定される領域である。中負荷運転領域Ｂは、改質ガスの還流を実施し、改質ＥＧＲ率が運転領域Ａよりも小さく設定される領域である。高負荷運転領域Ｃは、改質ガスの還流を実施し、改質ＥＧＲ率が運転領域Ｂよりも小さく設定される領域である。なお、最高負荷運転領域Ｄは、改質ガスの還流を実施しない領域である。
【００３６】
図２のＳ１０４において、エンジン１０が運転領域Ａ〜Ｃで作動しており改質ＥＧＲ実施運転状態であると判定された場合には、コントローラ６０はＳ１０５の処理を実行する。これに対して、エンジン１０が運転領域Ｄで作動しており改質ＥＧＲ実施運転状態でないと判定された場合には、コントローラ６０はＳ１０７の処理を実行する。
【００３７】
Ｓ１０５では、コントローラ６０は、連通路５５を開くように切換弁５６を制御する。改質ガスを還流する場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が開かれ、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。
【００３８】
Ｓ１０６では、コントローラ６０は、図４の運転領域Ａ〜Ｃ毎に設定される改質ＥＧＲ率に基づいて、調整弁５４の開度が所定開度に設定される。改質ＥＧＲ率が大きくなるほど、調整弁５４の開度は大きく設定される。
【００３９】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高く、改質ガスの還流を実施する場合には、第２排気通路３２内の排気中に改質ＥＧＲ率に応じた量の燃料が供給されるように燃料供給部５３が制御され、改質ＥＧＲ率に応じた排気流量となるように調整弁５４の開度が設定され、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。これにより、排気と燃料との混合気が改質部５２で水素を含む改質ガスに改質され、改質ガスが連通路５５を通って吸気通路２０に還流される。このようにガソリン等の燃料よりも燃焼速度の速い水素を含む改質ガスを吸気系に還流することで、エンジン１０における混合気の燃焼性を改善でき、希薄燃焼限界等を拡大することが可能となる。
【００４０】
Ｓ１０４で改質ＥＧＲ実施運転状態ではないと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ１０７において連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。切換弁５６によって連通路５５を閉じることで、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。そして、Ｓ１０８では、コントローラ６０は、調整弁５４の開度を予め設定された所定開度に設定する。
【００４１】
エンジン１０が運転領域Ｄで作動しており、改質ガスの還流が実施されない場合には、第２排気通路３２内に流入した排気は、浄化部５１及び改質部５２を通って再び第１排気通路３１に流れ込み、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００４２】
Ｓ１０６又はＳ１０８の処理後、コントローラ６０はＳ１０９の処理を実行する。Ｓ１０９では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。上限温度Ｔ２は、改質触媒の熱劣化防止の観点から設定される温度であり、基準温度Ｔ１よりも高い値に設定されている。
【００４３】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも低い場合には、コントローラ６０は改質ガス還流制御を終了する。これに対して、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、コントローラ６０はＳ１１０以降の処理を実行する。
【００４４】
Ｓ１１０では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔに基づいて調整弁５４の開度を設定する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、図３（Ｂ）に示すように調整弁５４の開度は改質触媒温度が高くなるほど小さくなるように設定される。
【００４５】
Ｓ１１１では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御して、改質ガス還流制御を終了する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が閉じられ、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００４６】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、改質触媒温度が高くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が減少するように調整弁５４が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しにくくなり、改質部５２の改質触媒の温度が上昇しすぎることを抑制でき、改質触媒の熱劣化を防止することが可能となる。なお、第２排気通路３２から第１排気通路３１に流入した排気は、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００４７】
上記した第１実施形態による改質ガス還流装置１００では、以下の効果を得ることができる。
【００４８】
改質ガス還流装置１００では、排気改質ユニット５０よりも上流の第２排気通路３２に調整弁５４を設け、連通路５５が分岐する第２排気通路３２の分岐部に切換弁５６を設け、これら調整弁５４及び切換弁５６を制御することで、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスをエンジン１０に安定供給することが可能となる。
【００４９】
改質ガスを還流する場合にのみ切換弁５６を開いて第２排気通路３２のガス経路を連通路５５側に設定するので、連通路５５内には改質ガスが常時存在し、改質ガス還流制御の応答性を高めることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図５を参照して、本発明の第２実施形態による改質ガス還流装置１００について説明する。図５は、第２実施形態による改質ガス還流装置１００の概略構成図である。
【００５１】
第２実施形態による改質ガス還流装置１００は、第１実施形態による改質ガス還流装置とほぼ同様の構成であるが、第１排気通路３１及び第２排気通路３２の構成及び排気弁１５によって第２排気通路３２内の排気流量を調整するようにした点において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００５２】
一気筒毎に二つ設けられる排気ポート１３は、それぞれ独立して排気を流すように構成されている。一つの気筒に設けられる一対の排気ポート１３のうち、図５において上側に位置する排気ポート１３には、可変動弁装置７０によって開閉タイミング及びリフト量を変更可能な排気弁１５が設けられる。可変動弁装置７０は、特開２０１０−２７５９３２号公報等において開示される公知の可変動弁装置である。
【００５３】
第１排気通路３１は、リフト状態を変更不能な排気弁１５が設けられた各排気ポート１３から排出される排気を集合させる排気マニホールド３３Ａの下流端に接続される。
【００５４】
第２排気通路３２は、リフト状態を変更可能な排気弁１５が設けられた各排気ポート１３から排出される排気を集合させる排気マニホールド３３Ｂの下流端に接続される。第２排気通路３２の下流端は、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１に接続する。
【００５５】
なお、第２実施形態では、第２排気通路３２に調整弁は設置されておらず、排気弁１５の開弁タイミングを可変動弁装置７０によって制御することで第２排気通路３２内の排気流量を調整するようになっている。このように、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５が第１実施形態の調整弁としての役割を果たす。
【００５６】
次に、図６を参照して、コントローラ６０による改質ガス還流制御について説明する。図６は、コントローラ６０が実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定間隔例えば１０ミリ秒周期で繰り返し実行される。
【００５７】
Ｓ２０１では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。基準温度Ｔ１は、改質部５２の改質触媒が活性化する温度に設定されている。
【００５８】
コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合にＳ２０２の処理を実行し、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高い場合にＳ２０４の処理を実行する。
【００５９】
Ｓ２０２では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。これにより、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００６０】
Ｓ２０３では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔに基づき、可変動弁装置７０により制御される排気弁１５の開弁タイミング（ＥＶＯ時期）を所定タイミングに設定する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、排気弁１５の開弁タイミングは改質触媒温度が低くなるほど進角するように制御される。なお、排気弁１５の閉弁タイミングは、改質触媒温度Ｔによらず所定のタイミングに設定されている。
【００６１】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、改質触媒温度が低くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が増加するように排気弁１５が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより、エンジン１０の始動後に、改質部５２の改質触媒を早期に活性化させることができる。
【００６２】
一方、Ｓ２０１で改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高いと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ２０４において現在のエンジン運転状態が改質ＥＧＲ実施運転状態であるか否かを判定する。Ｓ２０４の処理は、第１実施形態における図２のＳ１０４の処理と同じである。
【００６３】
改質ＥＧＲ実施運転状態であると判定した場合には、コントローラ６０はＳ２０５の処理を実行する。これに対して、改質ＥＧＲ実施運転状態でないと判定した場合には、コントローラ６０はＳ２０７の処理を実行する。
【００６４】
Ｓ２０５では、コントローラ６０は、連通路５５を開くように切換弁５６を制御する。これにより、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。
【００６５】
Ｓ２０６では、コントローラ６０は、図４の運転領域Ａ〜Ｃ毎に設定される改質ＥＧＲ率に基づいて、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５の開弁タイミングを所定タイミングに設定する。改質ＥＧＲ率が大きくなるほど、排気弁１５の開弁タイミングが進角するように設定される。
【００６６】
エンジン１０が図４の運転領域Ａ〜Ｃで作動しており、改質ガスの還流を実施する場合には、第２排気通路３２内の排気中に改質ＥＧＲ率に応じた量の燃料が供給されるように燃料供給部５３が制御され、改質ＥＧＲ率に応じた排気流量となるように排気弁１５の開弁タイミングが制御され、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。これにより、改質ガスを吸気系に還流することができ、エンジン１０における混合気の燃焼性を改善することができる。
【００６７】
Ｓ２０４で改質ＥＧＲ実施運転状態ではないと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ２０７において連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。その後、Ｓ２０８において、コントローラ６０は、排気弁１５の開弁タイミングを所定のタイミングに設定する。
【００６８】
エンジン１０が図４の運転領域Ｄで作動しており、改質ガスの還流が実施されない場合には、第２排気通路３２を流入した排気は、浄化部５１及び改質部５２を通って再び第１排気通路３１に流れ込み、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００６９】
Ｓ２０６又はＳ２０８の処理後、コントローラ６０はＳ２０９の処理を実行する。Ｓ２０９では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。上限温度Ｔ２は、改質触媒の熱劣化防止の観点から設定される温度であり、基準温度Ｔ１よりも高い値に設定されている。
【００７０】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも低い場合には、コントローラ６０は改質ガス還流制御を終了する。これに対して、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、コントローラ６０はＳ２１０以降の処理を実行する。
【００７１】
Ｓ２１０では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔに基づいて可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５の開弁タイミングを所定タイミングに設定する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、排気弁１５の開弁タイミングは改質触媒温度が高くなるほど遅角するように制御される。そして、Ｓ２１１において、コントローラ６０は連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御し、改質ガス還流制御を終了する。
【００７２】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、改質触媒温度が高くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が減少するように排気弁１５が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しにくくなり、改質部５２の改質触媒の温度が上昇しすぎることを抑制でき、改質触媒の熱劣化を防止することが可能となる。
【００７３】
上記した第２実施形態による改質ガス還流装置１００によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
改質ガス還流装置１００では、可変動弁装置７０によって排気弁１５の開弁タイミングを調整することで第２排気通路３２内の排気流量を制御するので、第２排気通路３２に第１実施形態における調整弁を別途設ける必要がない。そのため、排気改質ユニット５０をエンジン１０に近づけることができ、排気改質ユニット５０の改質触媒や三元触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００７５】
次に、図７及び図８を参照して、第２実施形態による改質ガス還流装置１００の変形例について説明する。図７は変形例に係る改質ガス還流装置１００の概略構成図であり、図８は改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【００７６】
図７に示すように、変形例による改質ガス還流装置１００は、第１排気通路３１を流れる排気の一部を吸気系に還流可能な還流通路８０を備える。還流通路８０は、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１から分岐し、吸気通路２０に連通する。還流通路８０には、還流通路８０内に流入する排気の流量を調整するための制御弁８１が設置される。
【００７７】
図８に示すように、変形例による改質ガス還流装置１００では、低回転速度低負荷運転領域Ｅにおいて、第２排気通路３２で改質した改質ガスを吸気系に還流するのではなく、第１排気通路３１を流れる排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気系に還流する。このように外部ＥＧＲを実施する場合には、制御弁８１の開度によって還流通路８０内の排気流量を調整することで、吸気系に還流される排気の量が制御される。
【００７８】
上記の通り、変形例による改質ガス還流装置１００では、低回転速度低負荷領域Ａにおいて第１排気通路３１を流れる排気の一部を吸気系に還流するので、燃料供給部５３から改質ガス生成用の燃料を供給することがなく、第２実施形態よりも燃費を改善することが可能となる。
【００７９】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００８０】
第２実施形態では、排気弁１５の開弁タイミングによって第２排気通路３２内の排気流量を制御するが、排気弁１５のリフト量によって第２排気通路３２内の排気流量を制御してもよい。この場合には、排気弁１５のリフト量を大きくすることで排気流量を増加させ、排気弁１５のリフト量を小さくすることで排気流量を減少させる。なお、排気弁１５の開閉タイミング及びリフト量の両方を調整して排気流量を制御してもよい。
【００８１】
また、第２実施形態では、一気筒に対し排気ポート１３を二つ設けたが、一気筒に対し排気ポート１３を三つ以上設けてもよい。この場合には、改質ガス還流装置１００は、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５が設置される排気ポート以外の排気ポートから排出される排気を第１排気通路３１に流すように構成される。
【符号の説明】
【００８２】
１００ 改質ガス還流装置
１０ エンジン
１３ 排気ポート
１５ 排気弁
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
３１ 第１排気通路
３２ 第２排気通路
３３ 排気マニホールド
４０ 排気浄化ユニット
５０ 排気改質ユニット
５１ 浄化部
５２ 改質部
５２Ａ 温度センサ（温度検出部）
５３ 燃料供給部
５４ 調整弁
５５ 連通路
５６ 切換弁
６０ コントローラ（制御部）
６１ クランク角センサ
６２ アクセルペダルセンサ
７０ 可変動弁装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気系に改質ガスを還流可能な改質ガス還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンから排出された排気に燃料を供給し、排気と燃料の混合気を改質触媒によって水素を含む改質ガスに改質して、この改質ガスを吸気通路に還流する改質ガス還流装置が開示されている。このように改質ガスを吸気系に還流することによって、エンジンでの混合気の燃焼性を高めることができる。その他、関連する公知文献発明としては、特許文献２に記載の発明等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３７８７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の改質ガス還流装置では、エンジンと排気浄化触媒との間の排気通路に排気改質ユニットが設置され、エンジンから排出された排気のほぼ全量が排気改質ユニットを通過する構成となっており、排気改質ユニットに設けられる改質触媒の温度がエンジン運転状態に応じて変動しやすいという問題がある。例えば、全負荷時等においてエンジンから高温の排気が排出される場合には、改質触媒が高くなり過ぎて熱劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスを安定供給可能な改質ガス還流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】
本発明の改質ガス還流装置は、エンジンから排出されて排気通路を流れる排気から水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを吸気系に還流するように構成される。改質ガス還流装置は、エンジンから排出された排気を流す第１排気通路と、エンジンから排出された排気を流すとともに、下流側において第１排気通路に合流する第２排気通路と、第２排気通路が合流する合流部より上流側の第１排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒を有する排気浄化ユニットと、第２排気通路内に燃料を供給する燃料供給部と、第２排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒及び第２排気通路を流れる排気と燃料供給部から供給された燃料から改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニットと、排気改質ユニットより下流側の第２排気通路から分岐し、吸気系に連通する連通路とを備える。さらに、改質ガス還流装置は、第２排気通路を流れる排気の排気流量を調整可能な調整弁と、第２排気通路のガス経路を第１排気通路側又は連通路側に切り換え可能な切換弁と、調整弁及び切換弁を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２排気通路の排気流量を調整する調整弁及び第２排気通路のガス経路を切り換える切換弁を制御部によって制御するので、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスをエンジンに安定供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図２】コントローラが実行する改質ガス還流制御を示すフローチャートである。
【図３】改質触媒温度と切換弁及び調整弁の開度との関係を示す図である。
【図４】改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【図５】本発明の第２実施形態によるエンジンの改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図６】コントローラが実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。
【図７】第２実施形態の変形例に係る改質ガス還流装置の概略構成図である。
【図８】第２実施形態の変形例に係る改質ガス還流装置において使用される改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態による改質ガス還流装置１００の構成を説明する。図１は、車両用のエンジン１０の吸気系に改質ガスを還流する改質ガス還流装置１００の概略構成図である。
【００１１】
図１に示すように、改質ガス還流装置１００は、直列４気筒のエンジン１０と、外部から取り込んだ吸気をエンジン１０に導く吸気通路２０と、エンジン１０から排出された排気を外部に導く排気通路３０と、を備える。
【００１２】
エンジン１０は、シリンダブロックの上部に配置されるシリンダヘッド１１を備える。シリンダヘッド１１には、気筒毎に、吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成される。吸気ポート１２は一つの気筒に対して二つ設けられ、これら二つの吸気ポート１２は吸気流れ方向の上流側で合流するように形成される。また、排気ポート１３は一つの気筒に対して二つ設けられ、これら二つの排気ポート１３は排気流れ方向の下流側で合流するように形成される。
【００１３】
各吸気ポート１２には吸気弁１４が設置され、各排気ポート１３には排気弁１５が設置される。吸気弁１４は、吸気カムシャフトに形成された吸気カムによって駆動され、ピストンの上下動に応じて所定タイミングで吸気ポート１２を開閉する。排気弁１５は、排気カムシャフトに形成された排気カムによって駆動され、ピストンの上下動に応じて所定タイミングで排気ポート１３を開閉する。
【００１４】
吸気通路２０は、外部から取り込んだ吸気を吸気マニホールド２１を介して気筒毎に分配し、各気筒の吸気ポート１２に吸気を導く。吸気マニホールド２１には、吸気通路２０内に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示省略）が設置されている。
【００１５】
エンジン１０の気筒内で吸気と燃料の混合気が燃焼すると、エンジン１０から排気が排出される。排気は、排気ポート１３及び排気通路３０を介して外部に排出される。排気通路３０は、排気ポート１３から排出された排気を合流させ下流に導く排気マニホールド３３と、排気マニホールド３３の下流端に接続される第１排気通路３１と、第１排気通路の上流位置で分岐して下流位置で合流する第２排気通路３２と、を備える。
【００１６】
第１排気通路３１は、エンジン１０から排出された排気を外部に導く通路である。第１排気通路３１には、排気を浄化可能な排気浄化ユニット４０が設置される。排気浄化ユニット４０は、担体に三元触媒を担持させた触媒コンバータである。排気浄化ユニット４０の三元触媒は、第１排気通路３１内を流れる排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素(ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。
【００１７】
第２排気通路３２は、排気浄化ユニット４０よりも上流側の第１排気通路３１から分岐し、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１に合流する通路である。第２排気通路３２には、排気を浄化及び改質可能な排気改質ユニット５０が設置される。また、排気改質ユニット５０よりも上流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２内にガソリン等の燃料を供給可能な燃料供給部５３が設置される。
【００１８】
排気改質ユニット５０は、排気を浄化可能な浄化部５１と、排気を改質可能な改質部５２と、から構成されている。浄化部５１は担体に三元触媒を担持させた触媒コンバータであり、改質部５２は担体に改質触媒を担持させた触媒コンバータである。なお、本実施形態では、浄化部５１を改質部５２の上流側に配置したが、改質部５２を浄化部５１の上流側に配置してもよい。
【００１９】
浄化部５１の三元触媒は、第２排気通路を流れる排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを浄化する。
【００２０】
改質部５２の改質触媒は、第２排気通路３２を流れる排気と燃料供給部５３によって供給される燃料から形成された混合気を、水素を含む改質ガスに改質する。改質部５２には、改質触媒の温度を検出するための温度センサ５２Ａが設けられる。改質触媒温度を直接検出することは困難であるため、温度センサ５２Ａは改質触媒を担持する担体の温度を検出する。なお、改質触媒温度は、エンジン運転状態や排気温度等から推定してもよい。
【００２１】
燃料供給部５３よりも上流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２に流入する排気の流量を調整するための調整弁５４が設置される。調整弁５４の開度を変化させることで、第２排気通路３２を流れる排気の流量が調整される。
【００２２】
排気改質ユニット５０よりも下流側の第２排気通路３２には、第２排気通路３２と吸気通路２０とを連通する連通路５５が設けられる。この連通路５５には、連通路５５を流れる改質ガスを冷却可能な冷却器を設置してもよい。
【００２３】
連通路５５が分岐する第２排気通路３２の分岐部には、切換弁５６が設置される。切換弁５６は、第２排気通路３２のガス経路を第１排気通路３１側又は連通路５５側に切り換え可能な弁である。
【００２４】
調整弁５４、切換弁５６、及び燃料供給部５３等は、コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)、及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６０は、複数のマイクロコンピュータで構成するようにしてもよい。
【００２５】
コントローラ６０には、改質触媒温度を検出する温度センサ５２Ａのほか、エンジン１０の所定クランク角度ごとにクランク角度信号を生成するクランク角センサ６１や車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ６２等からの検出データがそれぞれ信号として入力する。クランク角度信号は、エンジン１０のエンジン回転速度を代表する信号として用いられる。アクセルペダルの踏み込み量は、エンジン１０の負荷を代表する信号として用いられる。
【００２６】
コントローラ６０は、上記した入力信号等に基づいて、調整弁５４及び切換弁５６の開度を調整したり、燃料供給部５３による燃料の供給量を調整したりする。
【００２７】
次に、図２を参照して、コントローラ６０による改質ガス還流制御について説明する。図２は、コントローラ６０が実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定間隔例えば１０ミリ秒周期で繰り返し実行される。
【００２８】
Ｓ１０１では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。基準温度Ｔ１は、改質部５２の改質触媒が活性化する温度に設定されている。
【００２９】
コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合にＳ１０２の処理を実行し、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高い場合にＳ１０４の処理を実行する。
【００３０】
Ｓ１０２では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が閉じられ、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００３１】
Ｓ１０３では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔに基づいて調整弁５４の開度を設定する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、図３（Ｂ）に示すように調整弁５４の開度は改質触媒温度が低くなるほど大きくなるように設定される。
【００３２】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、改質触媒温度が低くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が増加するように調整弁５４が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより、第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しやすくなり、第２排気通路３２を流れる排気は浄化部５１で浄化され、改質部５２の改質触媒を昇温させた後に再び第１排気通路３１に流れ込む。このように第２排気通路３２内の排気流量を増加させることで、エンジン１０の始動後に、改質部５２の改質触媒を早期に活性化させることができる。
【００３３】
なお、第２排気通路３２から第１排気通路３１に流入した排気は、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００３４】
一方、Ｓ１０１で改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高いと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ１０４において現在のエンジン運転状態が改質ガスの還流を実施する運転状態（改質ＥＧＲ実施運転状態）であるか否かを判定する。この判定は、クランク角センサ６１によって検出されるエンジン回転速度とアクセルペダルセンサ６２によって検出される負荷とに基づいて、図４のエンジン回転速度−負荷マップを参照することで行われる。
【００３５】
図４は、エンジン回転速度−負荷マップの一例を示す図である。図４に示すように、低負荷運転領域Ａは、改質ガスの還流を実施し、吸気中に占める改質ガスの割合として算出される改質ＥＧＲ率が最も大きくなるように設定される領域である。中負荷運転領域Ｂは、改質ガスの還流を実施し、改質ＥＧＲ率が運転領域Ａよりも小さく設定される領域である。高負荷運転領域Ｃは、改質ガスの還流を実施し、改質ＥＧＲ率が運転領域Ｂよりも小さく設定される領域である。なお、最高負荷運転領域Ｄは、改質ガスの還流を実施しない領域である。
【００３６】
図２のＳ１０４において、エンジン１０が運転領域Ａ〜Ｃで作動しており改質ＥＧＲ実施運転状態であると判定された場合には、コントローラ６０はＳ１０５の処理を実行する。これに対して、エンジン１０が運転領域Ｄで作動しており改質ＥＧＲ実施運転状態でないと判定された場合には、コントローラ６０はＳ１０７の処理を実行する。
【００３７】
Ｓ１０５では、コントローラ６０は、連通路５５を開くように切換弁５６を制御する。改質ガスを還流する場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が開かれ、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。
【００３８】
Ｓ１０６では、コントローラ６０は、図４の運転領域Ａ〜Ｃ毎に設定される改質ＥＧＲ率に基づいて、調整弁５４の開度が所定開度に設定される。改質ＥＧＲ率が大きくなるほど、調整弁５４の開度は大きく設定される。
【００３９】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高く、改質ガスの還流を実施する場合には、第２排気通路３２内の排気中に改質ＥＧＲ率に応じた量の燃料が供給されるように燃料供給部５３が制御され、改質ＥＧＲ率に応じた排気流量となるように調整弁５４の開度が設定され、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。これにより、排気と燃料との混合気が改質部５２で水素を含む改質ガスに改質され、改質ガスが連通路５５を通って吸気通路２０に還流される。このようにガソリン等の燃料よりも燃焼速度の速い水素を含む改質ガスを吸気系に還流することで、エンジン１０における混合気の燃焼性を改善でき、希薄燃焼限界等を拡大することが可能となる。
【００４０】
Ｓ１０４で改質ＥＧＲ実施運転状態ではないと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ１０７において連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。切換弁５６によって連通路５５を閉じることで、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。そして、Ｓ１０８では、コントローラ６０は、調整弁５４の開度を予め設定された所定開度に設定する。
【００４１】
エンジン１０が運転領域Ｄで作動しており、改質ガスの還流が実施されない場合には、第２排気通路３２内に流入した排気は、浄化部５１及び改質部５２を通って再び第１排気通路３１に流れ込み、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００４２】
Ｓ１０６又はＳ１０８の処理後、コントローラ６０はＳ１０９の処理を実行する。Ｓ１０９では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。上限温度Ｔ２は、改質触媒の熱劣化防止の観点から設定される温度であり、基準温度Ｔ１よりも高い値に設定されている。
【００４３】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも低い場合には、コントローラ６０は改質ガス還流制御を終了する。これに対して、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、コントローラ６０はＳ１１０以降の処理を実行する。
【００４４】
Ｓ１１０では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔに基づいて調整弁５４の開度を設定する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、図３（Ｂ）に示すように調整弁５４の開度は改質触媒温度が高くなるほど小さくなるように設定される。
【００４５】
Ｓ１１１では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御して、改質ガス還流制御を終了する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、図３（Ａ）に示すように切換弁５６によって連通路５５が閉じられ、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００４６】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、改質触媒温度が高くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が減少するように調整弁５４が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しにくくなり、改質部５２の改質触媒の温度が上昇しすぎることを抑制でき、改質触媒の熱劣化を防止することが可能となる。なお、第２排気通路３２から第１排気通路３１に流入した排気は、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００４７】
上記した第１実施形態による改質ガス還流装置１００では、以下の効果を得ることができる。
【００４８】
改質ガス還流装置１００では、排気改質ユニット５０よりも上流の第２排気通路３２に調整弁５４を設け、連通路５５が分岐する第２排気通路３２の分岐部に切換弁５６を設け、これら調整弁５４及び切換弁５６を制御することで、改質触媒の温度を適切に制御でき、改質ガスをエンジン１０に安定供給することが可能となる。
【００４９】
改質ガスを還流する場合にのみ切換弁５６を開いて第２排気通路３２のガス経路を連通路５５側に設定するので、連通路５５内には改質ガスが常時存在し、改質ガス還流制御の応答性を高めることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図５を参照して、本発明の第２実施形態による改質ガス還流装置１００について説明する。図５は、第２実施形態による改質ガス還流装置１００の概略構成図である。
【００５１】
第２実施形態による改質ガス還流装置１００は、第１実施形態による改質ガス還流装置とほぼ同様の構成であるが、第１排気通路３１及び第２排気通路３２の構成及び排気弁１５によって第２排気通路３２内の排気流量を調整するようにした点において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００５２】
一気筒毎に二つ設けられる排気ポート１３は、それぞれ独立して排気を流すように構成されている。一つの気筒に設けられる一対の排気ポート１３のうち、図５において上側に位置する排気ポート１３には、可変動弁装置７０によって開閉タイミング及びリフト量を変更可能な排気弁１５が設けられる。可変動弁装置７０は、特開２０１０−２７５９３２号公報等において開示される公知の可変動弁装置である。
【００５３】
第１排気通路３１は、リフト状態を変更不能な排気弁１５が設けられた各排気ポート１３から排出される排気を集合させる排気マニホールド３３Ａの下流端に接続される。
【００５４】
第２排気通路３２は、リフト状態を変更可能な排気弁１５が設けられた各排気ポート１３から排出される排気を集合させる排気マニホールド３３Ｂの下流端に接続される。第２排気通路３２の下流端は、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１に接続する。
【００５５】
なお、第２実施形態では、第２排気通路３２に調整弁は設置されておらず、排気弁１５の開弁タイミングを可変動弁装置７０によって制御することで第２排気通路３２内の排気流量を調整するようになっている。このように、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５が第１実施形態の調整弁としての役割を果たす。
【００５６】
次に、図６を参照して、コントローラ６０による改質ガス還流制御について説明する。図６は、コントローラ６０が実行する改質ガス還流制御を説明するフローチャートである。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定間隔例えば１０ミリ秒周期で繰り返し実行される。
【００５７】
Ｓ２０１では、コントローラ６０は、温度センサ５２Ａによって検出された改質触媒温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。基準温度Ｔ１は、改質部５２の改質触媒が活性化する温度に設定されている。
【００５８】
コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合にＳ２０２の処理を実行し、改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高い場合にＳ２０４の処理を実行する。
【００５９】
Ｓ２０２では、コントローラ６０は、連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。これにより、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側に設定される。
【００６０】
Ｓ２０３では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔに基づき、可変動弁装置７０により制御される排気弁１５の開弁タイミング（ＥＶＯ時期）を所定タイミングに設定する。改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、排気弁１５の開弁タイミングは改質触媒温度が低くなるほど進角するように制御される。なお、排気弁１５の閉弁タイミングは、改質触媒温度Ｔによらず所定のタイミングに設定されている。
【００６１】
改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも低い場合には、改質触媒温度が低くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が増加するように排気弁１５が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより、エンジン１０の始動後に、改質部５２の改質触媒を早期に活性化させることができる。
【００６２】
一方、Ｓ２０１で改質触媒温度Ｔが基準温度Ｔ１よりも高いと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ２０４において現在のエンジン運転状態が改質ＥＧＲ実施運転状態であるか否かを判定する。Ｓ２０４の処理は、第１実施形態における図２のＳ１０４の処理と同じである。
【００６３】
改質ＥＧＲ実施運転状態であると判定した場合には、コントローラ６０はＳ２０５の処理を実行する。これに対して、改質ＥＧＲ実施運転状態でないと判定した場合には、コントローラ６０はＳ２０７の処理を実行する。
【００６４】
Ｓ２０５では、コントローラ６０は、連通路５５を開くように切換弁５６を制御する。これにより、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。
【００６５】
Ｓ２０６では、コントローラ６０は、図４の運転領域Ａ〜Ｃ毎に設定される改質ＥＧＲ率に基づいて、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５の開弁タイミングを所定タイミングに設定する。改質ＥＧＲ率が大きくなるほど、排気弁１５の開弁タイミングが進角するように設定される。
【００６６】
エンジン１０が図４の運転領域Ａ〜Ｃで作動しており、改質ガスの還流を実施する場合には、第２排気通路３２内の排気中に改質ＥＧＲ率に応じた量の燃料が供給されるように燃料供給部５３が制御され、改質ＥＧＲ率に応じた排気流量となるように排気弁１５の開弁タイミングが制御され、第２排気通路３２のガス経路が連通路５５側に設定される。これにより、改質ガスを吸気系に還流することができ、エンジン１０における混合気の燃焼性を改善することができる。
【００６７】
Ｓ２０４で改質ＥＧＲ実施運転状態ではないと判定された場合には、コントローラ６０は、Ｓ２０７において連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御する。その後、Ｓ２０８において、コントローラ６０は、排気弁１５の開弁タイミングを所定のタイミングに設定する。
【００６８】
エンジン１０が図４の運転領域Ｄで作動しており、改質ガスの還流が実施されない場合には、第２排気通路３２を流入した排気は、浄化部５１及び改質部５２を通って再び第１排気通路３１に流れ込み、第１排気通路３１の排気浄化ユニット４０によって浄化された排気とともに外部に排出される。
【００６９】
Ｓ２０６又はＳ２０８の処理後、コントローラ６０はＳ２０９の処理を実行する。Ｓ２０９では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。上限温度Ｔ２は、改質触媒の熱劣化防止の観点から設定される温度であり、基準温度Ｔ１よりも高い値に設定されている。
【００７０】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも低い場合には、コントローラ６０は改質ガス還流制御を終了する。これに対して、改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、コントローラ６０はＳ２１０以降の処理を実行する。
【００７１】
Ｓ２１０では、コントローラ６０は、改質触媒温度Ｔに基づいて可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５の開弁タイミングを所定タイミングに設定する。改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、排気弁１５の開弁タイミングは改質触媒温度が高くなるほど遅角するように制御される。そして、Ｓ２１１において、コントローラ６０は連通路５５を閉じるように切換弁５６を制御し、改質ガス還流制御を終了する。
【００７２】
改質触媒温度Ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合には、改質触媒温度が高くなるほど第２排気通路３２内の排気流量が減少するように排気弁１５が制御され、第２排気通路３２のガス経路が第１排気通路３１側となるように切換弁５６が制御される。これにより第１排気通路３１から第２排気通路３２へ排気が流入しにくくなり、改質部５２の改質触媒の温度が上昇しすぎることを抑制でき、改質触媒の熱劣化を防止することが可能となる。
【００７３】
上記した第２実施形態による改質ガス還流装置１００によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
改質ガス還流装置１００では、可変動弁装置７０によって排気弁１５の開弁タイミングを調整することで第２排気通路３２内の排気流量を制御するので、第２排気通路３２に第１実施形態における調整弁を別途設ける必要がない。そのため、排気改質ユニット５０をエンジン１０に近づけることができ、排気改質ユニット５０の改質触媒や三元触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００７５】
次に、図７及び図８を参照して、第２実施形態による改質ガス還流装置１００の変形例について説明する。図７は変形例に係る改質ガス還流装置１００の概略構成図であり、図８は改質ガスの還流に関するエンジン回転速度−負荷マップである。
【００７６】
図７に示すように、変形例による改質ガス還流装置１００は、第１排気通路３１を流れる排気の一部を吸気系に還流可能な還流通路８０を備える。還流通路８０は、排気浄化ユニット４０よりも下流側の第１排気通路３１から分岐し、吸気通路２０に連通する。還流通路８０には、還流通路８０内に流入する排気の流量を調整するための制御弁８１が設置される。
【００７７】
図８に示すように、変形例による改質ガス還流装置１００では、低回転速度低負荷運転領域Ｅにおいて、第２排気通路３２で改質した改質ガスを吸気系に還流するのではなく、第１排気通路３１を流れる排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気系に還流する。このように外部ＥＧＲを実施する場合には、制御弁８１の開度によって還流通路８０内の排気流量を調整することで、吸気系に還流される排気の量が制御される。
【００７８】
上記の通り、変形例による改質ガス還流装置１００では、低回転速度低負荷領域Ａにおいて第１排気通路３１を流れる排気の一部を吸気系に還流するので、燃料供給部５３から改質ガス生成用の燃料を供給することがなく、第２実施形態よりも燃費を改善することが可能となる。
【００７９】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００８０】
第２実施形態では、排気弁１５の開弁タイミングによって第２排気通路３２内の排気流量を制御するが、排気弁１５のリフト量によって第２排気通路３２内の排気流量を制御してもよい。この場合には、排気弁１５のリフト量を大きくすることで排気流量を増加させ、排気弁１５のリフト量を小さくすることで排気流量を減少させる。なお、排気弁１５の開閉タイミング及びリフト量の両方を調整して排気流量を制御してもよい。
【００８１】
また、第２実施形態では、一気筒に対し排気ポート１３を二つ設けたが、一気筒に対し排気ポート１３を三つ以上設けてもよい。この場合には、改質ガス還流装置１００は、可変動弁装置７０によって制御される排気弁１５が設置される排気ポート以外の排気ポートから排出される排気を第１排気通路３１に流すように構成される。
【符号の説明】
【００８２】
１００ 改質ガス還流装置
１０ エンジン
１３ 排気ポート
１５ 排気弁
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
３１ 第１排気通路
３２ 第２排気通路
３３ 排気マニホールド
４０ 排気浄化ユニット
５０ 排気改質ユニット
５１ 浄化部
５２ 改質部
５２Ａ 温度センサ（温度検出部）
５３ 燃料供給部
５４ 調整弁
５５ 連通路
５６ 切換弁
６０ コントローラ（制御部）
６１ クランク角センサ
６２ アクセルペダルセンサ
７０ 可変動弁装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出されて排気通路を流れる排気から水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを吸気系に還流するように構成された改質ガス還流装置において、
エンジンから排出された排気を流す第１排気通路と、
エンジンから排出された排気を流すとともに、下流側において前記第１排気通路に合流する第２排気通路と、
前記第２排気通路が合流する合流部より上流側の前記第１排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒を有する排気浄化ユニットと、
前記第２排気通路内に燃料を供給する燃料供給部と、
前記第２排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒及び前記第２排気通路を流れる排気と前記燃料供給部から供給された燃料から前記改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニットと、
前記排気改質ユニットより下流側の前記第２排気通路から分岐し、前記吸気系に連通する連通路と、
前記第２排気通路を流れる排気の排気流量を調整可能な調整弁と、
前記第２排気通路のガス経路を前記第１排気通路側又は前記連通路側に切り換え可能な切換弁と、
前記調整弁及び前記切換弁を制御する制御部と、を備えることを特徴とする改質ガス還流装置。
【請求項２】
前記第２排気通路は、前記排気浄化ユニットより上流側の前記第１排気通路から分岐し、前記排気浄化ユニットより下流側の前記第１排気通路に合流するように構成され、
前記調整弁は、前記排気改質ユニットより上流側の前記第２排気通路に設けられ、
前記切換弁は、前記連通路が分岐する前記第２排気通路の分岐部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス還流装置。
【請求項３】
前記エンジンは、
複数の気筒と、
各気筒に対して少なくとも二以上設けられる排気ポートと、
前記排気ポートに設けられる排気弁と、
各気筒の一つの前記排気弁における開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変更可能な可変動弁装置と、を備え、
前記第２排気通路は、前記可変動弁装置によって制御される排気弁が設けられる前記排気ポートから排出された排気を流すように構成され、
前記第１排気通路は、残りの前記排気ポートから排出された排気を流すように構成され、
前記調整弁は、前記可変動弁装置によって制御される排気弁であり、
前記切換弁は、前記連通路が分岐する前記第２排気通路の分岐部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス還流装置。
【請求項４】
前記改質触媒の触媒温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記触媒温度が基準温度より高い場合には、前記第２排気通路の排気流量が所定流量となるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記連通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の改質ガス還流装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記触媒温度が前記基準温度より低い場合には、前記触媒温度が低くなるほど前記第２排気通路の排気流量が大きくなるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記第１排気通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項４に記載の改質ガス還流装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記触媒温度が前記基準温度よりも高く設定された上限温度より高い場合には、前記触媒温度が高くなるほど前記第２排気通路の排気流量が小さくなるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記第１排気通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の改質ガス還流装置。
【請求項１】
エンジンから排出されて排気通路を流れる排気から水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを吸気系に還流するように構成された改質ガス還流装置において、
エンジンから排出された排気を流す第１排気通路と、
エンジンから排出された排気を流すとともに、下流側において前記第１排気通路に合流する第２排気通路と、
前記第２排気通路が合流する合流部より上流側の前記第１排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒を有する排気浄化ユニットと、
前記第２排気通路内に燃料を供給する燃料供給部と、
前記第２排気通路に設けられ、排気を浄化可能な浄化触媒及び前記第２排気通路を流れる排気と前記燃料供給部から供給された燃料から前記改質ガスを生成可能な改質触媒を有する排気改質ユニットと、
前記排気改質ユニットより下流側の前記第２排気通路から分岐し、前記吸気系に連通する連通路と、
前記第２排気通路を流れる排気の排気流量を調整可能な調整弁と、
前記第２排気通路のガス経路を前記第１排気通路側又は前記連通路側に切り換え可能な切換弁と、
前記調整弁及び前記切換弁を制御する制御部と、を備えることを特徴とする改質ガス還流装置。
【請求項２】
前記第２排気通路は、前記排気浄化ユニットより上流側の前記第１排気通路から分岐し、前記排気浄化ユニットより下流側の前記第１排気通路に合流するように構成され、
前記調整弁は、前記排気改質ユニットより上流側の前記第２排気通路に設けられ、
前記切換弁は、前記連通路が分岐する前記第２排気通路の分岐部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス還流装置。
【請求項３】
前記エンジンは、
複数の気筒と、
各気筒に対して少なくとも二以上設けられる排気ポートと、
前記排気ポートに設けられる排気弁と、
各気筒の一つの前記排気弁における開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変更可能な可変動弁装置と、を備え、
前記第２排気通路は、前記可変動弁装置によって制御される排気弁が設けられる前記排気ポートから排出された排気を流すように構成され、
前記第１排気通路は、残りの前記排気ポートから排出された排気を流すように構成され、
前記調整弁は、前記可変動弁装置によって制御される排気弁であり、
前記切換弁は、前記連通路が分岐する前記第２排気通路の分岐部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス還流装置。
【請求項４】
前記改質触媒の触媒温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記触媒温度が基準温度より高い場合には、前記第２排気通路の排気流量が所定流量となるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記連通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の改質ガス還流装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記触媒温度が前記基準温度より低い場合には、前記触媒温度が低くなるほど前記第２排気通路の排気流量が大きくなるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記第１排気通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項４に記載の改質ガス還流装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記触媒温度が前記基準温度よりも高く設定された上限温度より高い場合には、前記触媒温度が高くなるほど前記第２排気通路の排気流量が小さくなるように前記調整弁を制御し、前記第２排気通路のガス経路が前記第１排気通路側となるように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の改質ガス還流装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７３３６（Ｐ２０１３−７３３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０８５６（Ｐ２０１１−１４０８５６）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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