特開 2022-22670 エンジンの燃料改質システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022022670

(43)【公開日】2022-02-07

(54)【発明の名称】エンジンの燃料改質システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 27/02 20060101AFI20220131BHJP

   C01B 3/26 20060101ALI20220131BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20220131BHJP

   F02M 26/36 20160101ALI20220131BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20220131BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20220131BHJP

   F02D 19/08 20060101ALN20220131BHJP

【ＦＩ】

F02M27/02 J

C01B3/26

F02M26/05

F02M26/36

F02D23/00 D

F02D23/00 J

F02D21/08 311B

F02D19/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020113833

(22)【出願日】2020-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】中本 仁寿

(72)【発明者】

【氏名】清末 涼

(72)【発明者】

【氏名】服平 次男

(72)【発明者】

【氏名】古賀 義行

(72)【発明者】

【氏名】内田 浩康

(72)【発明者】

【氏名】陰山 明

(72)【発明者】

【氏名】丸原 正志

(72)【発明者】

【氏名】大澤 駿

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 巧朋

(72)【発明者】

【氏名】興梠 武久

(72)【発明者】

【氏名】丸谷 祐介

【テーマコード（参考）】

3G062

3G092

4G140

【Ｆターム（参考）】

3G062AA03

3G062AA05

3G062BA05

3G062ED10

3G062FA14

3G062GA01

3G062GA04

3G062GA06

3G062GA09

3G062GA22

3G092AA01

3G092AA06

3G092AA17

3G092AA18

3G092AB02

3G092AB15

3G092BA01

3G092BA03

3G092BB01

3G092DB04

3G092DC09

3G092EC01

3G092FA24

3G092HA01Z

3G092HB01X

3G092HC10Z

3G092HD02Z

3G092HD07X

3G092HE01Z

3G092HE03Z

3G092HF02Z

3G092HF08Z

4G140AB03

4G140DA03

4G140DB03

4G140DC03

(57)【要約】

【課題】燃料改質触媒に導入されるＥＧＲガスの量を精度よく調整する。
【解決手段】燃料改質システムは、ＥＧＲ通路３０に燃料を噴射可能な改質用インジェクタ３２と、ＥＧＲ通路３０における改質用インジェクタ３２の下流側に設けられた燃料改質触媒３３と、ＥＧＲ通路３０に設けられた送気コンプレッサ３５と、排気通路２０に設けられた発電タービン２５とを備える。改質用インジェクタ３２に燃料を噴射させる改質制御の実行中に、ＥＧＲ通路３０を通じて吸気通路１０に還流されるＥＧＲガスの流量が不足していることが確認された場合には、送気コンプレッサ３５の回転数を増大させかつ発電タービン２５の発電量を増大させるＥＧＲ促進制御が実行される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される燃料改質システムであって、
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、
前記ＥＧＲ通路における前記改質用インジェクタの下流側に設けられ、前記改質用インジェクタから噴射された燃料を改質可能な燃料改質触媒と、
前記排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気ガスのエネルギーにより発電可能な発電タービンと、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記発電タービンにより発電された電力により駆動可能な送気コンプレッサと、
前記改質用インジェクタ、前記発電タービン、および前記送気コンプレッサを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記改質用インジェクタに燃料を噴射させる改質制御の実行中に、前記ＥＧＲ通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの流量が不足するＥＧＲ不足の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を増大させかつ前記発電タービンの発電量を増大させるＥＧＲ促進制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率、ＥＧＲ率の実際値を実ＥＧＲ率、目標ＥＧＲ率から実ＥＧＲ率を減じた値を不足ＥＧＲ率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記不足ＥＧＲ率を逐次算出するとともに、算出した当該不足ＥＧＲ率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記ＥＧＲ促進制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【請求項3】

請求項２に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
前記コントローラは、前記不足ＥＧＲ率が前記閾値に対し大きいほど前記送気コンプレッサの回転数が大きく増大するように、前記送気コンプレッサの回転数を前記不足ＥＧＲ率に基づきフィードバック制御する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
前記コントローラは、前記改質制御の実行中に、前記ＥＧＲガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を低下させかつ前記発電タービンの発電量を低下させるＥＧＲ抑制制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【請求項5】

請求項４に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率、ＥＧＲ率の実際値を実ＥＧＲ率、実ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を減じた値を過剰ＥＧＲ率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記過剰ＥＧＲ率を逐次算出するとともに、算出した当該過剰ＥＧＲ率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記ＥＧＲ抑制制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【請求項6】

請求項５に記載のエンジンの燃料改質システムにおいて、
前記コントローラは、前記過剰ＥＧＲ率が前記閾値に対し大きいほど前記発電タービンの発電量が大きく低下するように、前記発電タービンの発電量を前記過剰ＥＧＲ率に基づきフィードバック制御する、ことを特徴とするエンジンの燃料改質システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路に燃料改質触媒が備えられた燃料改質システムに関する。

【背景技術】

【0002】

上記のような燃料改質システムが適用されたエンジンとして、下記特許文献１のエンジンが知られている。具体的に、この特許文献１のエンジンは、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に改質用の燃料を噴射する燃料噴射弁（改質燃料用燃料噴射弁）と、ＥＧＲ通路における当該燃料噴射弁よりも下流側の位置に設けられた燃料改質触媒とを備えている。燃料改質触媒は、例えばロジウム系の触媒金属を含み、高温下で炭化水素燃料を改質して水素を生成する機能を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－９４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１では、ＥＧＲ通路に噴射された燃料が高温のＥＧＲガスとともに燃料改質触媒に導入されることにより、燃料が改質されて水素が生成される。水素は燃焼速度が速いので、このような水素を含む改質後の燃料がエンジン本体（気筒）に供給されることにより、ＥＧＲ率（吸気中に含まれるＥＧＲガスの割合）が高い条件下でも安定した燃焼が実現されるとされている。このため、上記特許文献１では、燃焼安定性を確保しつつ、ＥＧＲ率を可及的に高めて燃費性能を改善する効果が得られるものと期待される。

【0005】

しかしながら、上記特許文献１では、ＥＧＲ率を調整する手段として、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁（排気還流制御弁）が設けられているに過ぎない。このため、例えば排気通路と吸気通路との圧力差が小さい運転条件（例えば高負荷条件）では、たとえＥＧＲ弁を全開位置まで開いても十分な量のＥＧＲガスを確保することができず、所期の燃費改善効果が得られない可能性があった。

【0006】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料の改質のために燃料改質触媒に導入されるＥＧＲガスの量を精度よく調整することが可能なエンジンの燃料改質システム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】

【0007】

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される燃料改質システムであって、前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に燃料を噴射可能な改質用インジェクタと、前記ＥＧＲ通路における前記改質用インジェクタの下流側に設けられ、前記改質用インジェクタから噴射された燃料を改質可能な燃料改質触媒と、前記排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気ガスのエネルギーにより発電可能な発電タービンと、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記発電タービンにより発電された電力により駆動可能な送気コンプレッサと、前記改質用インジェクタ、前記発電タービン、および前記送気コンプレッサを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記改質用インジェクタに燃料を噴射させる改質制御の実行中に、前記ＥＧＲ通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの流量が不足するＥＧＲ不足の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を増大させかつ前記発電タービンの発電量を増大させるＥＧＲ促進制御を実行する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

【0008】

本発明によれば、ＥＧＲ通路に燃料改質触媒および送気コンプレッサが設けられるとともに、改質用インジェクタからＥＧＲ通路に噴射された燃料を燃料改質触媒に導入可能であるため、送気コンプレッサの回転制御によってＥＧＲ通路への排気ガスの吸い込み力を調整することができ、燃料改質触媒に燃料とともに導入されるＥＧＲガスの流量を、運転条件に応じた適切な値に調整することができる。また、排気通路に発電タービンが設けられるので、送気コンプレッサで消費される電力の少なくとも一部を、排気ガスのエネルギーを利用した発電電力により賄うことができる。このことは、燃料改質触媒での吸熱反応による燃料改質の効果（燃焼性の改善）と相俟って、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高めるので、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。

【0009】

また、前記のように燃料改質触媒に燃料を導入する制御（改質制御）の実行中に、ＥＧＲガスの流量が不足するＥＧＲ不足が発生した場合には、送気コンプレッサの回転数を増大させかつ発電タービンの発電量を増大させるＥＧＲ促進制御が実行されるので、ＥＧＲ不足を速やかに解消して燃料改質のための適切なＥＧＲガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサの回転数の増大によりＥＧＲ通路への排気ガスの吸い込み力が増大し、かつ発電タービンの発電量の増大により排気通路内の排気ガスの流通抵抗が増大するので、これら２つの作用が排気通路からＥＧＲ通路への排気ガスの分流を促進し、これによってＥＧＲ不足が速やかに解消される。このように、本発明では、ＥＧＲ不足に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒に導入されるＥＧＲガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。

【0010】

前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率、ＥＧＲ率の実際値を実ＥＧＲ率、目標ＥＧＲ率から実ＥＧＲ率を減じた値を不足ＥＧＲ率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記不足ＥＧＲ率を逐次算出するとともに、算出した当該不足ＥＧＲ率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記ＥＧＲ促進制御を実行することが好ましい（請求項２）。

【0011】

この構成によれば、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との比較に基づきＥＧＲ不足の有無を適切に判断することができる。

【0012】

前記構成において、より好ましくは、前記コントローラは、前記不足ＥＧＲ率が前記閾値に対し大きいほど前記送気コンプレッサの回転数が大きく増大するように、前記送気コンプレッサの回転数を前記不足ＥＧＲ率に基づきフィードバック制御する（請求項３）。

【0013】

この構成によれば、不足ＥＧＲ率の変化に応じた適切な送気コンプレッサの回転数制御によりＥＧＲ不足を速やかに解消することができる。

【0014】

好ましくは、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に、前記ＥＧＲガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰の発生が確認された場合に、前記送気コンプレッサの回転数を低下させかつ前記発電タービンの発電量を低下させるＥＧＲ抑制制御を実行する（請求項４）。

【0015】

この構成によれば、ＥＧＲガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰の発生時に、送気コンプレッサの回転数および発電タービンの発電量がともに低下するので、ＥＧＲ過剰を速やかに解消して燃料改質のための適切なＥＧＲガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサの回転数の低下によりＥＧＲ通路への排気ガスの吸い込み力が低下し、かつ発電タービンの発電量の低下により排気通路内の排気ガスの流通抵抗が低下するので、これら２つの作用が排気通路からＥＧＲ通路への排気ガスの分流を抑制し、これによってＥＧＲ過剰が速やかに解消される。このように、前記構成では、ＥＧＲ過剰に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒に導入されるＥＧＲガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。

【0016】

前記エンジン本体に導入される吸気に対する前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率の目標値を目標ＥＧＲ率、ＥＧＲ率の実際値を実ＥＧＲ率、実ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を減じた値を過剰ＥＧＲ率としたとき、前記コントローラは、前記改質制御の実行中に前記過剰ＥＧＲ率を逐次算出するとともに、算出した当該過剰ＥＧＲ率が所定の閾値よりも大きいことが確認された場合に、前記ＥＧＲ抑制制御を実行することが好ましい（請求項５）。

【0017】

この構成によれば、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との比較に基づきＥＧＲ過剰の有無を適切に判断することができる。

【0018】

前記構成において、より好ましくは、前記コントローラは、前記過剰ＥＧＲ率が前記閾値に対し大きいほど前記発電タービンの発電量が大きく低下するように、前記発電タービンの発電量を前記過剰ＥＧＲ率に基づきフィードバック制御する（請求項６）。

【0019】

この構成によれば、過剰ＥＧＲ率の変化に応じた適切な発電タービンの発電制御によりＥＧＲ過剰を速やかに解消することができる。また、ＥＧＲ過剰が起きている状況では、それ以前に多くの排気ガスが流れているはずであり、発電タービンで十分な発電が行われていた可能性が高い。これに対し、前記構成では、ＥＧＲ率の過剰程度に応じたフィードバック制御により速やかに発電量が減らされるので、無用な発電を回避しつつＥＧＲ過剰を早期に解消することができる。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、本発明のエンジンの燃料改質システムによれば、燃料の改質のために燃料改質触媒に導入されるＥＧＲガスの量を精度よく調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態にかかる燃料改質システムが適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。

【図2】上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。

【図3】上記エンジンの運転中に実行される制御の一例を示すフローチャートである。

【図4】図３のステップＳ３で行われる改質制御の前半部を示すサブルーチンである。

【図5】上記改質制御の後半部を示すサブルーチンである。

【図6】エンジン負荷と目標ＥＧＲ率との関係を概略的に示すグラフである。

【図7】改質用燃料噴射量を決定するためのマップの傾向を示すグラフであり、グラフ（ａ）は触媒入口温度と改質用燃料噴射量との関係を、グラフ（ｂ）はＥＧＲガス流量と改質用燃料噴射量との関係をそれぞれ示している。

【図8】燃料割合（直噴燃料量と改質用燃料噴射量との比率）と触媒入口温度との関係を示すグラフである。

【図9】上記改質制御が実行された場合の各種状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料改質システムが適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリンエンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路１０と、エンジン本体１から排出された排気ガス（既燃ガス）が流通する排気通路２０と、吸気通路１０と排気通路２０とを接続するＥＧＲ通路３０とを備えている。

【0023】

エンジン本体１は、列状に並ぶ複数の（ここでは４つの）気筒２を含む直列多気筒型のものである。各気筒２には、図略のピストンが往復動可能に収容されている。

【0024】

エンジン本体１の各気筒２には、直噴インジェクタ３、点火プラグ４、吸気弁５、および排気弁６がそれぞれ設けられている。直噴インジェクタ３は、ガソリンを含有する燃料を気筒２に噴射する噴射弁である。点火プラグ４は、燃料と空気とが混合した混合気に点火するプラグである。吸気弁５は、吸気通路１０（後述する各独立吸気管１１）と気筒２とを連通する図略の吸気ポートを開閉するバルブである。排気弁６は、排気通路２０（後述する各独立排気管２１）と気筒２とを連通する図略の排気ポートを開閉するバルブである。

【0025】

直噴インジェクタ３から気筒２に供給された燃料は、気筒２の内部におけるピストンの上側に画成された燃焼室において空気と混合されて混合気を形成する。当該混合気は点火プラグ４による点火を受けて燃焼し、当該燃焼による膨張力を受けて上記ピストンが往復動する。ピストンの往復動は、図略のクランク機構を介してエンジン本体１の出力軸（クランク軸）に伝達され、当該出力軸を回転させる。エンジン本体１には、当該出力軸の回転角（クランク角）および回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。なお、当実施形態では、直噴インジェクタ３から供給される燃料に加えて（もしくはこれに代えて）、後述する改質用インジェクタ３２からＥＧＲ通路３０を通じて供給される燃料を気筒２で燃焼させることも可能である（詳しくは後述する）。

【0026】

吸気通路１０は、エンジン本体１の一側面に接続された複数（ここでは４つ）の独立吸気管１１と、各独立吸気管１１の上流側（エンジン本体１から遠い側）の端部が共通に接続されたサージタンク１２と、サージタンク１２から上流側に延びる単管状の共通吸気管１３とを有している。各独立吸気管１１は、上記吸気ポートを介して各気筒２に連通するようにエンジン本体１に接続されている。

【0027】

共通吸気管１３の途中部には、吸気流量を調整するためのスロットル弁１５が開閉可能に設けられている。また、共通吸気管１３におけるスロットル弁１５の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。エアフローセンサＳＮ２は、ＥＧＲガスが混入する前の吸気（つまり新気）の流量を検出し得るように、スロットル弁１５の下流側かつＥＧＲ通路３０の出口よりも上流側の位置に設けられている。

【0028】

排気通路２０は、エンジン本体１の他側面に接続された複数（ここでは４つ）の独立排気管２１と、各独立排気管２１の下流側（エンジン本体１から遠い側）の端部が集合した集合部２２と、集合部２２から下流側に延びる単管状の共通排気管２３とを有している。各独立排気管２１は、上記排気ポートを介して各気筒２に連通するようにエンジン本体１に接続されている。

【0029】

共通排気管２３には、その内部を流通する排気ガスのエネルギーにより発電を行う発電タービン２５が設けられている。発電タービン２５は、共通排気管２３の途中部に介設されたタービンケース２６と、タービンケース２６の内部に配置されたタービンインペラ２７と、タービンインペラ２７と連結軸２７ａを介して連結された発電機２８とを有している。タービンインペラ２７は、タービンケース２６を通過する排気ガスのエネルギーを受けて回転するインペラである。発電機２８は、タービンインペラ２７と連動して回転するロータコイルを内蔵しており、当該ロータコイルの回転に伴う電磁誘導により発電を行う。

【0030】

発電機２８は、バッテリ４０と電気的に接続されている。バッテリ４０は、発電機２８で発電された電力を蓄えるとともに、バッテリ４０に接続された各種電気機器（例えば後述するモータ３８）に電力を供給することが可能である。バッテリ４０には、バッテリ４０の端子間電圧および入出力電流を検出するバッテリセンサＳＮ４が設けられている。

【0031】

ＥＧＲ通路３０は、共通排気管２３におけるタービンケース２６よりも上流側の位置と、共通吸気管１３におけるスロットル弁１５よりも下流側の位置とを互いに連結するように設けられている。ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ弁３１、改質用インジェクタ３２、燃料改質触媒３３、および送気コンプレッサ３５が上流側（排気通路２０に近い側）からこの順に並ぶように配設されている。

【0032】

ＥＧＲ弁３１は、ＥＧＲ通路３０を通じて排気通路２０から吸気通路１０に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの流量を調整するために開閉可能に設けられたバルブである。

【0033】

改質用インジェクタ３２は、上述した直噴インジェクタ３が噴射する燃料と同じ燃料、つまりガソリンを含有する燃料を噴射する噴射弁である。改質用インジェクタ３２からＥＧＲ通路３０に噴射された燃料は、ＥＧＲガスとともに燃料改質触媒３３に導入される。

【0034】

燃料改質触媒３３は、例えばハニカム構造を有する多孔質の担体（モノリス担体）と、当該担体の表面にコーティングされた触媒物質とを有している。触媒物質は、例えばロジウム系の触媒金属を含み、所定の活性温度（例えば約５００℃）を超える高温下で燃料を改質する機能を有している。具体的に、触媒物質は、改質用インジェクタ３２から高温のＥＧＲガスとともに供給されるガソリン含有燃料（炭化水素燃料）を吸熱反応により改質し、一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２）を含む成分を生成する。これらの成分（一酸化炭素および水素）を含む改質後の燃料は、改質前の燃料（炭化水素燃料）に比べて、燃焼速度が速く、かつ単位質量あたりの熱発生量が多くなる。このことは、同一の出力トルクを発生させるのに必要な燃料の総量を少なくする効果をもたらす。しかも、このような効果につながる改質反応が、ＥＧＲガス（排気ガス）の熱を利用して実現されるので、エンジンからの排出熱を出力に還元する排熱回収が行われたのと同様の効果が得られ、エンジンの燃費性能が向上する。

【0035】

燃料改質触媒３３には、当該触媒３３の入口部の温度を検出する触媒温度センサＳＮ３が取り付けられている。

【0036】

送気コンプレッサ３５は、ＥＧＲ通路３０における燃料改質触媒３３の下流側に設けられたコンプレッサケース３６と、コンプレッサケース３６の内部に配置されたコンプレッサインペラ３７と、コンプレッサインペラ３７と連結軸３７ａを介して連結されたモータ３８とを有している。モータ３８は、バッテリ４０と電気的に接続され、バッテリ４０からの電力の供給を受けて作動する。コンプレッサインペラ３７は、モータ３８により回転駆動されるインペラであり、ＥＧＲ通路３０を流通するＥＧＲガスを圧縮しつつ下流側（吸気通路１０側）に送り出すことが可能である。

【0037】

（２）制御系統
図２は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ５０は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。なお、ＥＣＵ５０は、本発明における「コントローラ」に相当する。

【0038】

ＥＣＵ５０には、各種センサによる検出情報が入力される。例えば、ＥＣＵ５０は、上述したクランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、触媒温度センサＳＮ３、およびバッテリセンサＳＮ４と電気的に接続されており、これらのセンサにより検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転数、吸気流量、触媒入口温度、バッテリの電圧／電流等の情報）がＥＣＵ５０に逐次入力されるようになっている。

【0039】

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセルセンサＳＮ５が設けられており、当該アクセルセンサＳＮ５による検出信号もＥＣＵ５０に逐次入力される。

【0040】

ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＮ１～ＳＮ５からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、直噴インジェクタ３、点火プラグ４、スロットル弁１５、発電タービン２５の発電機２８、ＥＧＲ弁３１、改質用インジェクタ３２、および送気コンプレッサ３５のモータ３８等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

【0041】

（３）改質制御
次に、改質用インジェクタ３２から燃料を噴射して当該燃料を燃料改質触媒３３において改質する制御（以下、これを改質制御という）の詳細について、図３～図５のフローチャートを参照しつつ説明する。

【0042】

図３に示す制御がスタートすると、ＥＣＵ５０は、各気筒２に供給すべき燃料の総量である総燃料量を決定する（ステップＳ１）。具体的に、ＥＣＵ５０は、各気筒２における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）もしくはその近傍に設定された目標空燃比に一致するように、総燃料量を決定する。この総燃料量は、エアフローセンサＳＮ２の検出値に基づき決定することが可能である。すなわち、ＥＣＵ５０は、各気筒２に導入される新気の量である吸入空気量を、エアフローセンサＳＮ２の検出値から算出するとともに、算出した吸入空気量を目標空燃比（≒１４．７）で除した値を、上記総燃料量として決定する。

【0043】

次いで、ＥＣＵ５０は、触媒温度センサＳＮ３により検出される触媒入口温度（燃料改質触媒３３の入口部の温度）が予め定められた閾値Ｔｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。閾値Ｔｘは、燃料改質触媒３３の活性温度（例えば約５００℃）よりもやや高い値に設定される。

【0044】

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて触媒入口温度が閾値Ｔｘを超えることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、改質制御として、各気筒２に供給される総燃料量の少なくとも一部が改質用インジェクタ３２からの供給燃料（換言すれば燃料改質触媒３３で改質された燃料）で賄われるように、改質用インジェクタ３２および直噴インジェクタ３を制御する（ステップＳ３）。この改質制御の詳細については後述する。

【0045】

一方、上記ステップＳ２でＮＯと判定されて触媒入口温度が閾値Ｔｘ以下であることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、非改質制御として、各気筒２に供給される総燃料量が全て直噴インジェクタ３からの噴射燃料で賄われるように、改質用インジェクタ３２および直噴インジェクタ３を制御する（ステップＳ４）。すなわち、ＥＣＵ５０は、各気筒２に供給される総燃料量と同量の燃料を各気筒２の直噴インジェクタ３から噴射させるとともに、改質用インジェクタ３２による燃料噴射を停止する。

【0046】

図４および図５は、上記ステップＳ３の改質制御の詳細を示すサブルーチンである。図４に示す制御がスタートすると、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁３１を全開位置まで開く（ステップＳ１０）。言い換えると、改質制御では、ＥＧＲ率、つまり各気筒２に導入される吸気（新気およびＥＧＲガス）に対するＥＧＲガスの割合を調整する手段としてＥＧＲ弁３１は基本的に使用されない。ＥＧＲ率は、後述する送気コンプレッサ３５および発電タービン２５の作動により生じる圧力差（吸気通路１０と排気通路２０との圧力差）に基づき制御される。なお、送気コンプレッサ３５および発電タービン２５の作動だけでは所望の圧力差を生成できない可能性もあるが、そのような場合には例外的にＥＧＲ弁３１の開度を低下させる制御が実行されるものとする。

【0047】

次いで、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率（吸気に対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率Ｒ１を取得する（ステップＳ１１）。目標ＥＧＲ率Ｒ１は、エンジンの運転条件（負荷および回転数）ごとに異なる値をとるように、例えばマップ形式で予め定められている。ＥＣＵ５０は、アクセルセンサＳＮ５の検出値等から特定されるエンジン負荷と、クランク角センサＳＮ１の検出値から特定されるエンジン回転数とに基づいて、現在の運転条件に適合する目標ＥＧＲ率Ｒ１を決定する。

【0048】

図６は、エンジン負荷と目標ＥＧＲ率Ｒ１との関係を概略的に示すグラフである。このグラフに示すように、目標ＥＧＲ率Ｒ１は、エンジン負荷が高いほど大きくなるように定められている。このような目標ＥＧＲ率Ｒ１の傾向は、燃料改質触媒３３での効率的な燃料改質を目指して定められたものである。すなわち、本願発明者の研究による知見として、改質用インジェクタ３２から噴射される噴射の総量のうち燃料改質触媒３３で改質される燃料の割合である燃料改質率はＥＧＲ率によって変動すること、および、最大の燃料改質率が得られるＥＧＲ率はエンジン負荷が高いほど大きくなることが分かっている。そこで、当実施形態では、各運転条件において可及的に高い燃料改質率が得られるように、目標ＥＧＲ率Ｒ１が高負荷側ほど大きい値に設定されている。なお、目標ＥＧＲ率Ｒ１はエンジン回転数によっても変動し得るが、ここではその傾向についての説明は省略する。

【0049】

次いで、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率の実際値である実ＥＧＲ率を算出する（ステップＳ１２）。実ＥＧＲ率は種々の方法で算出可能であるが、一例として、ＥＣＵ５０は、各気筒２に導入される吸気（新気およびＥＧＲガス）の量を現在のエンジンの運転条件から推定するとともに、推定した吸気量と、エアフローセンサＳＮ２により検出される新気の流量とに基づいて、実ＥＧＲ率を算出する。

【0050】

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１２で算出された実ＥＧＲ率に基づいて、ＥＧＲ通路３０を流通するＥＧＲガスの流量（ＥＧＲガス流量）を算出する（ステップＳ１３）。ＥＧＲガス流量は、実ＥＧＲ率が高いほど大きい値として算出される。

【0051】

次いで、ＥＣＵ５０は、改質用インジェクタ３２から噴射すべき燃料の量である改質用燃料噴射量を決定する（ステップＳ１４）。なお、ここでいう改質用燃料噴射量とは、エンジン本体１の各気筒２で繰り返される燃焼に供するべく改質用インジェクタ３２から断続的に噴射される燃料の１回あたりの噴射量のことである。すなわち、改質用インジェクタ３２は、当該インジェクタ３２から噴射された燃料が各気筒２の吸気行程中に各気筒２にそれぞれ到達するように、各気筒２の吸気行程にリンクした適宜のタイミングで燃料を繰り返し噴射する。上記ステップＳ１４における改質用燃料噴射量とは、このように改質用インジェクタ３２から断続的に噴射される燃料の１回あたりの噴射量のことである。

【0052】

上記ステップＳ１４において、改質用燃料噴射量は、触媒温度センサＳＮ３により検出される触媒入口温度（燃料改質触媒３３の入口部の温度）と、上記ステップＳ１３で算出されたＥＧＲガス流量とをパラメータとしたマップに基づき決定される。図７は、このマップの傾向を概略的に示すグラフであり、グラフ（ａ）は触媒入口温度と改質用燃料噴射量との関係を、グラフ（ｂ）はＥＧＲガス流量と改質用燃料噴射量との関係をそれぞれ示している。図７のグラフ（ａ）に示すように、改質用燃料噴射量は、触媒入口温度が上述した閾値Ｔｘに対し増大するほど多くなるように設定される。また、図７のグラフ（ｂ）に示すように、改質用燃料噴射量は、ＥＧＲガス流量が増大するほど多くなるように設定される。なお、触媒入口温度と噴射量との関係を規定するグラフ（ａ）において、ＥＧＲガス流量は０より大きい値で一定であるものとし、ＥＧＲガス流量と噴射量との関係を規定するグラフ（ｂ）において、触媒入口温度は閾値Ｔｘより高い値で一定であるものとする。

【0053】

上記のような傾向で改質用燃料噴射量が決定されるのは、触媒出口温度（燃料改質触媒３３の出口部の温度）が活性温度を下回らないようにするためである。すなわち、燃料改質触媒３３で燃料を改質させる反応は吸熱反応であるため、触媒出口温度は触媒入口温度よりも低下する。このため、むやみに多くの燃料を燃料改質触媒３３に導入すると、触媒出口温度が活性温度（例えば約５００℃）を下回り、同触媒３３での燃料改質率が低下するおそれがある。逆に言えば、触媒入口温度が活性温度に比して高いほど、触媒出口温度が活性温度を下回らない条件で燃料改質触媒３３に導入し得る燃料量は多くなる。また、ＥＧＲガスは高温であるため、ＥＧＲガス流量が多いほど燃料改質触媒３３の保温が図られ、その温度低下が抑制される。このため、ＥＧＲガス流量が多いほど、触媒出口温度が活性温度を下回らない条件で燃料改質触媒３３に導入し得る燃料量は多くなる。図７のグラフ（ａ）（ｂ）に示した改質用燃料噴射量の傾向は、このような観点から定められたものである。すなわち、当実施形態では、触媒出口温度が活性温度を下回らない範囲でできるだけ多くの燃料を燃料改質触媒３３に導入して改質するべく、改質用燃料噴射量が触媒入口温度およびＥＧＲガス流量に応じて可変的に（各パラメータに比例するように）設定される。

【0054】

上記のようにして改質用燃料噴射量が決定されると、ＥＣＵ５０は、エンジン本体１の各気筒２に各直噴インジェクタ３から噴射すべき燃料の量である直噴燃料量を決定する（ステップＳ１５）。具体的に、直噴燃料量は、上記ステップＳ１においてエンジンの運転条件（負荷および回転数）に応じて決定された総燃料量、つまり現運転条件に適合したトルクを発生させるために各気筒２に噴射すべき燃料の量（所要燃料量）と、上記ステップＳ１４で決定された改質用燃料噴射量とに基づき算出される。例えば、直噴燃料量をＦ１、改質用燃料噴射量をＦ２、各気筒２の総燃料量をＦ０としたとき、直噴燃料量Ｆ１は、総燃料量Ｆ０から改質用燃料噴射量Ｆ２を減じた値（Ｆ０－Ｆ２）として算出することができる。

【0055】

ここで、改質用燃料噴射量は、上述したとおり、触媒入口温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動するので、直噴燃料量も触媒入口温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動する。言い換えると、直噴燃料量と改質用燃料噴射量との比率（燃料割合）は、触媒入口温度およびＥＧＲガス流量に応じて変動する。図８は、燃料割合と触媒入口温度との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、「直噴インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し直噴インジェクタ３からの噴射燃料が占める割合のことであり、「改質用インジェクタ分担率」とは、総燃料量に対し改質用インジェクタ３２からの噴射燃料が占める割合のことである。図８に示すように、触媒入口温度が閾値Ｔｘ以下のとき、総燃料量はその全部（１００％）が直噴インジェクタ３からの噴射燃料（直噴燃料量）によって賄われる。これに対し、触媒入口温度が閾値Ｔｘを超えると、当該閾値Ｔｘに対する超過量が大きくなるほど改質用インジェクタ３２からの噴射燃料（改質用燃料噴射量）が占める割合が増大し、最大で１００％に達する。このように、直噴燃料量および改質用燃料噴射量の割合は、触媒入口温度が高くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。また、図示は省略するが、同割合はＥＧＲガス流量によっても変化し、ＥＧＲガス流量が多くなるほど改質用燃料噴射量の割合が大きくなるように調整される。なお、上記ステップＳ１４，Ｓ１５の前提として、触媒入口温度は閾値Ｔｘを超えているから、ここでの改質用燃料噴射量の割合（改質用インジェクタ分担率）は、少なくとも０％よりは大きい値に設定され、最大で１００％まで上昇し得る。

【0056】

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１４，Ｓ１５で決定された各噴射量に従って改質用インジェクタ３２および直噴インジェクタ３に燃料を噴射させる（ステップＳ１６）。すなわち、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１４で決定された改質用燃料噴射量に相当する量の燃料が改質用インジェクタ３２から噴射されるように同インジェクタ３２を制御するとともに、上記ステップＳ１５で決定された直噴燃料量に相当する量の燃料が直噴インジェクタ３から噴射されるように同インジェクタ３を制御する。

【0057】

次いで、ＥＣＵ５０は、図５のステップＳ２１に移行して、上記ステップＳ１１，Ｓ１２（図４）で算出された目標ＥＧＲ率Ｒ１および実ＥＧＲ率Ｒ２に基づいて、目標ＥＧＲ率Ｒ１から実ＥＧＲ率Ｒ２を減じた値である不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）が予め定められた閾値Ｘ１よりも大きいか否かを判定する。閾値Ｘ１は０より大きい値（例えば目標ＥＧＲ率Ｒ１の５～１０％に相当する値）であり、不足ＥＧＲ率がこの閾値Ｘ１よりも大きいということは、実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１を比較的大きく下回っていること、つまり実質的なＥＧＲ不足が起きていることを意味する。一方、不足ＥＧＲ率が閾値Ｘ１以下であるということは、ＥＧＲ率が目標に一致するかもしくはこれよりやや低い値に収まっていること、つまり実質的なＥＧＲ不足が起きていないことを意味する。

【0058】

上記ステップＳ２１でＮＯと判定されてＥＧＲ不足が起きていないことが確認された場合、ＥＣＵ５０は、実ＥＧＲ率Ｒ２から目標ＥＧＲ率Ｒ１を減じた値である過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）が予め定められた閾値Ｘ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。閾値Ｘ２は０より大きい値であり、過剰ＥＧＲ率がこの閾値Ｘ２よりも大きいということは、実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１を比較的大きく上回っていること、つまり実質的なＥＧＲ過剰が起きていることを意味する。一方、過剰ＥＧＲ率が閾値Ｘ２以下であるということは、ＥＧＲ率が目標に一致するかもしくはこれよりやや高い値に収まっていること、つまり実質的なＥＧＲ過剰が起きていないことを意味する。なお、このステップＳ２２で用いられる閾値Ｘ２は、上記ステップＳ２１で用いられる閾値Ｘ１と同一もしくはその近傍値に設定することができる。

【0059】

上記ステップＳ２２でＮＯと判定されてＥＧＲ過剰が起きていないことが確認された場合、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量を現在のエンジンの運転条件（負荷および回転数）に応じた基本値に設定する通常制御を実行する。この通常制御は、次のステップＳ２３，Ｓ２４を含む。

【0060】

まずステップＳ２３において、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５（コンプレッサインペラ３７）の回転数が現在のエンジンの運転条件に応じて定まる基本回転数になるように送気コンプレッサ３５を制御する。すなわち、目標ＥＧＲ率に相当する量のＥＧＲガスを吸気通路１０に送り込むための送気コンプレッサ３５の回転数は、エンジンの運転条件（負荷および回転数の組合せ）ごとに、数値シミュレーションや実験等によって予め知ることができる。ステップＳ２３では、この既知のデータに基づき予め定められたマップまたはモデル式を用いて、現在の運転条件下で目標ＥＧＲ率（上記ステップＳ１１で決定された目標ＥＧＲ率Ｒ１）を達成するための送気コンプレッサ３５の回転数が基本回転数として求められ、この基本回転数に一致する回転数でコンプレッサインペラ３７が回転するように送気コンプレッサ３５のモータ３８が制御される。

【0061】

続くステップＳ２４において、ＥＣＵ５０は、発電タービン２５の発電量が現在のエンジンの運転条件に応じて定まる基本発電量になるように発電タービン２５を制御する。基本発電量は、送気コンプレッサ３５が上述した基本回転数で回転している場合に当該送気コンプレッサ３５で消費される消費電力をやや上回るような値に設定される。これは、送気コンプレッサ３５の駆動によりバッテリ４０の充電量が減少するのを確実に防止するためである。ステップＳ２４では、このような要求に基づく基本発電量がマップまたはモデル式を用いて求められ、この基本発電量に一致する電力が発電されるように発電タービン２５の発電機２８が制御される。

【0062】

次に、上記ステップＳ２２でＮＯと判定された場合、つまり過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）が閾値Ｘ２を超えるＥＧＲ過剰が起きている場合の制御について説明する。この場合、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量をともに低下させるＥＧＲ抑制制御を実行する。このＥＧＲ抑制制御は、次のステップＳ２５，Ｓ２６を含む。

【0063】

まずステップＳ２５において、ＥＣＵ５０は、上述したステップＳ２３のときと同様、送気コンプレッサ３５（コンプレッサインペラ３７）の回転数が基本回転数になるように送気コンプレッサ３５を制御する。ただし、上述したとおり、基本回転数は現在の運転条件下で目標ＥＧＲ率Ｒ１を達成するのに必要な回転数であるから、当該基本回転数に送気コンプレッサ３５の回転数を一致させるステップＳ２５の制御によって、送気コンプレッサ３５の回転数は低下することになる。すなわち、ステップＳ２５の前提として、実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１を有意に上回る（Ｒ２－Ｒ１＞Ｘ２となる）ＥＧＲ過剰が起きているので、この状態でステップＳ２５の制御が実行されることにより、相対的に低い目標ＥＧＲ率Ｒ１に対応する基本回転数に合わせて送気コンプレッサ３５が制御される結果、その回転数がＥＧＲ過剰が起きる直前に比べて低下する。

【0064】

続くステップＳ２６において、ＥＣＵ５０は、発電タービン２５の発電量が過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）に応じた値になるように発電タービン２５の発電量をフィードバック制御する。具体的に、ＥＣＵ５０は、過剰ＥＧＲ率が閾値Ｘ２に対し大きいほど発電タービン２５の発電量が大きく低下するように、いわゆるＰＩＤ制御によって発電タービン２５の発電量を調整する。ＰＩＤ制御とは、周知のとおり、出力値とその目標値との比較に基づき入力値を制御するフィードバック制御の一種であり、出力値と目標値との偏差、その積分および微分の３要素に基づいて入力値を決定する制御のことである。このＰＩＤ制御により、ステップＳ２６では、ＥＧＲ過剰（Ｒ２－Ｒ１＞Ｘ２）が確認された直後において大きく発電量が低下し、かつその後は当該発電量の低下幅が徐々に（実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１に近づくにつれて）縮小するように、発電タービン２５の発電機２８が制御される。

【0065】

上記のとおり、ＥＧＲ抑制制御（Ｓ２５，Ｓ２６）が実行されると、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量が、それぞれ同制御の実行前に比べて低下する。このことは、送気コンプレッサ３５によるＥＧＲ通路３０への排気ガスの吸い込み力の低下と、発電タービン２５による排気通路２０内の排気ガスの流通抵抗の低下とをもたらし、これによってＥＧＲ率が低下する。

【0066】

次に、ステップＳ２１でＹＥＳと判定された場合、つまり不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）が閾値Ｘ１を超えるＥＧＲ不足が起きている場合の制御について説明する。この場合、ＥＣＵ５０は、バッテリ４０の現在の充電量が予め定められた下限充電量Ｙよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２７）。バッテリ４０の充電量は、バッテリセンサＳＮ４の検出値から特定することができる。下限充電量は、送気コンプレッサ３５を含む電気機器の作動確保やバッテリ４０の劣化を考慮して定められる値であり、０％よりもある程度大きい値に設定される。

【0067】

上記ステップＳ２７でＹＥＳと判定されてバッテリ４０の充電量が下限充電量Ｙよりも大きいことが確認された場合、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量をともに増大させる第１ＥＧＲ促進制御を実行する。この第１ＥＧＲ抑制制御は、次のステップＳ２８，Ｓ２９を含む。

【0068】

まずステップＳ２８において、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５の回転数が不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）に応じた値になるように送気コンプレッサ３５の回転数をフィードバック制御する。具体的に、ＥＣＵ５０は、不足ＥＧＲ率が閾値Ｘ１に対し大きいほど送気コンプレッサ３５の回転数が大きく増大するように、ＰＩＤ制御によって送気コンプレッサ３５の回転数を調整する。このＰＩＤ制御により、ステップＳ２８では、ＥＧＲ不足（Ｒ１－Ｒ２＞Ｘ１）が確認された直後において大きく回転数が増大し、かつその後は当該回転数の増大幅が徐々に（実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１に近づくにつれて）縮小するように、送気コンプレッサ３５のモータ３８が制御される。

【0069】

続くステップＳ２９において、ＥＣＵ５０は、上述したステップＳ２４のときと同様、発電タービン２５の発電量が基本発電量になるように発電タービン２５を制御する。ただし、上述のように基本発電量は、現在の運転条件下で目標ＥＧＲ率Ｒ１を達成するのに必要な回転数（基本回転数）で送気コンプレッサ３５が回転しているときの消費電力に近い（やや上回る）値に設定されるから、当該基本発電量に発電タービン２５の発電量を一致させるステップＳ２９の制御によって、発電タービン２５の発電量は増大することになる。すなわち、ステップＳ２９の前提として、目標ＥＧＲ率Ｒ１が実ＥＧＲ率Ｒ２を有意に上回る（Ｒ１－Ｒ２＞Ｘ１となる）ＥＧＲ不足が起きており、送気コンプレッサ３５の基本回転数が現在の回転数よりも高い値に設定されているから、この状態でステップＳ２９の制御が実行されることにより、高い基本回転数（言い換えれば高い消費電力）に合わせた発電量が得られるように発電タービン２５の発電機２８が制御され、その発電量がＥＧＲ不足が起きる直前に比べて増大する。

【0070】

上記のとおり、第１ＥＧＲ促進制御（Ｓ２８，Ｓ２９）が実行されると、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量が、それぞれ同制御の実行前に比べて増大する。このことは、送気コンプレッサ３５によるＥＧＲ通路３０への排気ガスの吸い込み力の増大と、発電タービン２５による排気通路２０内の排気ガスの流通抵抗の増大とをもたらし、これによってＥＧＲ率が増大する。

【0071】

次に、上記ステップＳ２７でＮＯと判定された場合、つまりバッテリ４０の充電量が下限充電量Ｙ以下である場合の制御について説明する。この場合、ＥＣＵ５０は、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量をともに増大させる第２ＥＧＲ促進制御を実行する。第２ＥＧＲ促進制御は、上述した第１ＥＧＲ促進制御（Ｓ２８，Ｓ２９）と比べて、送気コンプレッサ３５の制御は同様であるが、発電タービン２５の制御が異なる。すなわち、第２ＥＧＲ促進制御は、次のステップＳ３０，Ｓ３１を含む。

【0072】

まずステップＳ３０において、ＥＣＵ５０は、上述したステップＳ２８のときと同様のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により、送気コンプレッサ３５の回転数が不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）に応じた値になるように（不足ＥＧＲ率が大きいほど送気コンプレッサ３５の回転数が増大するように）送気コンプレッサ３５を制御する。

【0073】

続くステップＳ３１において、ＥＣＵ５０は、発電タービン２５の発電量が送気コンプレッサ３５での実際の消費電力と一致するように発電タービン２５を制御する。送気コンプレッサ３５での消費電力は、上記ステップＳ３０での回転数のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）によって増大しているから、このステップＳ３１の制御により発電タービン２５の発電量は増大されることになる。

【0074】

図９は、図４および図５に示した改質制御が実行された場合の各種状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートであり、チャート（ａ）はＥＧＲ率の変化を、チャート（ｂ）は送気コンプレッサ３５の回転数の変化を、チャート（ｃ）は発電タービン２５の発電量の変化を、チャート（ｄ）はバッテリ４０の充電量の変化を、それぞれ示している。

【0075】

図９のチャート（ａ）に示すように、エンジンの運転条件の変動に応じて、目標ＥＧＲ率Ｒ１がＶ１、Ｖ２、Ｖ３の順に変化したと仮定する。すなわち、目標ＥＧＲ率Ｒ１は、時点ｔ１においてＶ１とされ、その後の時点ｔ２においてＶ１からＶ２に増大し、さらにその後の時点ｔ５においてＶ２からＶ３に低下したと仮定する。なお、チャート（ａ）において目標ＥＧＲ率Ｒ１に相当する一点鎖線のラインの上側および下側に表記される破線のラインは、目標ＥＧＲ率Ｒ１に対するずれの許容範囲を示しており、この許容範囲に実ＥＧＲ率Ｒ２（太い実線の波形）が含まれているときは通常制御（図５のステップＳ２３，Ｓ２４）が実行されることを意味する。言い換えると、上記許容範囲の上限（上側の破線のライン）は、過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）の限度である閾値Ｘ２に対応しており、上記許容範囲の下限（下側の破線のライン）は、不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）の限度である閾値Ｘ１に対応している。

【0076】

時点ｔ１からｔ２の期間において、実ＥＧＲ率Ｒ２は目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ１）の許容範囲に含まれている。このため、同期間（ｔ１～ｔ２）中は通常制御が実行される。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量が、目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ１）に対応する基本回転数Ｎ１および基本発電量Ｇ１にそれぞれ設定される（チャート（ｂ）（ｃ）参照）。基本発電量Ｇ１は、基本回転数Ｎ１で回転する送気コンプレッサ３５で消費される電力をやや上回る値に設定される。したがって、この通常制御により、バッテリ４０の充電量は、時点ｔ１～ｔ２の間、下限充電量Ｙよりも大きい範囲で緩やかに漸増する（チャート（ｄ）参照）。

【0077】

時点ｔ２において目標ＥＧＲ率Ｒ１がＶ１からＶ２へと増大すると、不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）が閾値Ｘ１を超えるＥＧＲ不足が発生する。これにより、時点ｔ２以降、制御は第１ＥＧＲ促進制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数が不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）に応じたフィードバック制御値である回転数Ｎ２ａに設定されるとともに（チャート（ｂ）参照）、発電タービン２５の発電量が、目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）に対応する基本発電量Ｇ２に設定される（チャート（ｃ）参照）。チャート（ｂ）に示すように、増大後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）に対応する基本回転数をＮ２とすると、フィードバック制御による送気コンプレッサ３５の回転数Ｎ２ａは、基本回転数Ｎ２よりも大きい値に設定される。ただし、時点ｔ２以降、不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）は時間経過ととともに小さくなるから（チャート（ａ）参照）、これに応じて基本回転数Ｎ２に対する回転数Ｎ２ａの増大幅も漸減する（チャート（ｂ）参照）。また、上記のように送気コンプレッサ３５が基本回転数Ｎ２よりも高い回転数Ｎ２ａで駆動されることにより、基本発電量Ｇ２を上回る電力が送気コンプレッサ３５で消費される。これにより、時点ｔ２以降、バッテリ４０の充電量は漸減する（チャート（ｄ）参照）。

【0078】

時点ｔ２より遅れた時点ｔ３において、バッテリ４０の充電量は下限充電量Ｙまで低下する。これにより、時点ｔ３以降、制御は第２ＥＧＲ促進制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数が不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）に応じたフィードバック制御値である回転数Ｎ２ｂに設定されるとともに（チャート（ｂ）参照）、発電タービン２５の発電量が送気コンプレッサ３５での実際の消費電力に対応する発電量Ｇ２ｂに設定される（チャート（ｃ）参照）。送気コンプレッサ３５の回転数Ｎ２ｂは、フィードバック制御により、基本回転数Ｎ２よりも大きくされ、かつ時間経過とともに漸減される。また、これに合わせて発電タービン２５の発電量Ｇ２ｂも、基本発電量Ｇ２よりも大きくされ、かつ時間経過とともに漸減される。バッテリ４０の充電量は、下限充電量Ｙに維持される（チャート（ｄ）参照）。

【0079】

時点ｔ３より遅れた時点ｔ４において、実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）の許容範囲に含まれる値にまで増大する。これにより、時点ｔ４移行、制御は通常制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量が、増大後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）に対応する基本回転数Ｎ２および基本発電量Ｇ２にそれぞれ設定される（チャート（ｂ）（ｃ）参照）。基本発電量Ｇ２は、基本回転数Ｎ２で回転する送気コンプレッサ３５で消費される電力をやや上回る。したがって、この通常制御により、バッテリ４０の充電量は、時点ｔ４以降、下限充電量Ｙから緩やかに漸増する（チャート（ｄ）参照）。

【0080】

時点ｔ４よりも遅れた時点ｔ５において、目標ＥＧＲ率Ｒ１がＶ２からＶ３へと低下することにより、過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）が閾値Ｘ２を超えるＥＧＲ過剰が発生する。これにより、時点ｔ５以降、制御はＥＧＲ抑制制御に移行する。すなわち、発電タービン２５の発電量が過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）に応じたフィードバック制御値である発電量Ｇ３ａに設定されるとともに（チャート（ｃ）参照）、送気コンプレッサ３５の回転数が低下後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ３）に応じた基本回転数Ｎ３に設定される（チャート（ｂ）参照）。低下後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ３）に応じて定まる基本発電量をＧ３とすると、フィードバック制御による発電タービン２５の発電量Ｇ３ａは、基本発電量Ｇ３よりも小さい値に設定される。また、時点ｔ５以降、過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）は時間経過ととともに小さくなるから、これに応じて基本発電量Ｇ３に対する発電量Ｇ３ａの低下幅は漸減する。

【0081】

時点ｔ５より遅れた時点ｔ６において、実ＥＧＲ率Ｒ２が目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ３）の許容範囲に含まれる値にまで低下する。これにより、時点ｔ６移行、制御は通常制御に移行する。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数および発電タービン２５の発電量が、低下後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ３）に対応する基本回転数Ｎ３および基本発電量Ｇ３にそれぞれ設定される（チャート（ｂ）（ｃ）参照）。

【0082】

（４）作用等
以上説明したとおり、当実施形態では、ＥＧＲ通路３０に燃料改質触媒３３および送気コンプレッサ３５が設けられるとともに、改質用インジェクタ３２からＥＧＲ通路３０に噴射された燃料を燃料改質触媒３３に導入可能であるため、送気コンプレッサ３５の回転制御によってＥＧＲ通路３０への排気ガスの吸い込み力を調整することができ、燃料改質触媒３３に燃料とともに導入されるＥＧＲガスの流量を、運転条件に応じた適切な値に調整することができる。また、排気通路２０に発電タービン２５が設けられるので、送気コンプレッサ３５で消費される電力の少なくとも一部を、排気ガスのエネルギーを利用した発電電力により賄うことができる。このことは、燃料改質触媒３３での吸熱反応による燃料改質の効果（燃焼性の改善）と相俟って、エンジンから排出熱を出力に還元する排熱回収の効率を高めるので、エンジンの燃費性能を十分に向上させることができる。

【0083】

また、上記のように燃料改質触媒３３に燃料を導入する制御（改質制御）の実行中に、ＥＧＲガスの流量が不足していること、つまり目標ＥＧＲ率Ｒ１から実ＥＧＲ率Ｒ２を減じた不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）が所定の閾値Ｘ１を超えるＥＧＲ不足が起きていることが確認された場合には、送気コンプレッサ３５の回転数を増大させかつ発電タービン２５の発電量を増大させるＥＧＲ促進制御（ステップＳ２８，Ｓ２９の第１ＥＧＲ促進制御またはステップＳ３０，Ｓ３１の第２ＥＧＲ促進制御）が実行されるので、ＥＧＲ不足を速やかに解消して燃料改質のための適切なＥＧＲガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数の増大によりＥＧＲ通路３０への排気ガスの吸い込み力が増大し、かつ発電タービン２５の発電量の増大（これによるタービンインペラ２７の回転抵抗の増大）により排気通路２０内の排気ガスの流通抵抗が増大するので、これら２つの作用が排気通路２０からＥＧＲ通路３０への排気ガスの分流を促進し、これによってＥＧＲ不足が速やかに解消される。このように、当実施形態では、ＥＧＲ不足に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒３３に導入されるＥＧＲガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。

【0084】

また、上記実施形態では、上記改質制御の実行中に、ＥＧＲガスの流量が過剰になっていること、つまり実ＥＧＲ率Ｒ２から目標ＥＧＲ率Ｒ１を減じた過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ２）が所定の閾値Ｘ２を超えるＥＧＲ過剰が起きていることが確認された場合に、送気コンプレッサ３５の回転数を低下させかつ発電タービン２５の発電量を低下させるＥＧＲ抑制制御（ステップＳ２５，Ｓ２６）が実行されるので、ＥＧＲ過剰を速やかに解消して燃料改質のための適切なＥＧＲガス量を確保することができる。すなわち、送気コンプレッサ３５の回転数の低下によりＥＧＲ通路３０への排気ガスの吸い込み力が低下し、かつ発電タービン２５の発電量の低下（これによるタービンインペラ２７の回転抵抗の低下）により排気通路２０内の排気ガスの流通抵抗が低下するので、これら２つの作用が排気通路２０からＥＧＲ通路３０への排気ガスの分流を抑制し、これによってＥＧＲ過剰が速やかに解消される。このように、当実施形態では、ＥＧＲ過剰に陥ってもこれを速やかに解消できるので、燃料改質触媒３３に導入されるＥＧＲガスの流量を精度よく調整することができ、当該調整に基づく良好な燃料の改質性能を得ることができる。

【0085】

特に、上記実施形態では、ＥＧＲ促進制御（第１または第２ＥＧＲ促進制御）の際に、不足ＥＧＲ率（Ｒ１－Ｒ２）が閾値Ｘ１に対し大きいほど送気コンプレッサ３５の回転数が大きく増大するように当該回転数がフィードバック制御されるので、不足ＥＧＲ率の変化に応じた適切な回転数の調整によりＥＧＲ不足を速やかに解消することができる。

【0086】

同様に、ＥＧＲ抑制制御の際には、過剰ＥＧＲ率（Ｒ２－Ｒ１）が閾値Ｘ２に対し大きいほど発電タービン２５の発電量が大きく低下するように当該発電量がフィードバック制御されるので、過剰ＥＧＲ率の変化に応じた適切な発電量の調整によりＥＧＲ過剰を速やかに解消することができる。また、ＥＧＲ過剰が起きている状況では、それ以前に多くの排気ガスが流れているはずであり、発電タービン２５で十分な発電が行われていた可能性が高い。これに対し、上記実施形態では、ＥＧＲ率の過剰程度に応じたフィードバック制御により速やかに発電量が減らされるので、無用な発電を回避しつつＥＧＲ過剰を早期に解消することができる。

【0087】

なお、上記実施形態では、実ＥＧＲ率を算出する方法として、各気筒２に導入される吸気（新気およびＥＧＲガス）の量を現在のエンジンの運転条件から推定した上で、推定した吸気量とエアフローセンサＳＮ２による新気流量の検出値とに基づいて実ＥＧＲ率を算出する方法を例示したが、ＥＧＲ通路３０を流通するＥＧＲガスの流量を検出するセンサを設けて当該センサによる検出値に基づき実ＥＧＲ率を算出することも可能である。

【符号の説明】

【0088】

１ ：エンジン本体
１０ ：吸気通路
２０ ：排気通路
２５ ：発電タービン
３０ ：ＥＧＲ通路
３２ ：改質用インジェクタ
３３ ：燃料改質触媒
３５ ：送気コンプレッサ
５０ ：ＥＣＵ（コントローラ）
Ｘ１ ：（不足ＥＧＲ率の）閾値
Ｘ２ ：（過剰ＥＧＲ率の）閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】