特許 7484497 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(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 26/36 20160101AFI20240509BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20240509BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20240509BHJP

   F02M 26/34 20160101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

F02M26/36

F02D21/08 311B

F02D23/00 D

F02D23/00 J

F02M26/34

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020113834

(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公開番号】P2022012184

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-03-14

(73)【特許権者】

【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】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

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３０７８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４９０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２５３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００９４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９０３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０４０５５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１０５５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ２１／０８

Ｆ０２Ｄ ２３／００

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

(57)【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、当該排気通路内の排気ガスの圧力である排圧を調整可能な排圧調整装置と、
前記改質用インジェクタおよび前記排圧調整装置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ガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰の発生が確認された場合に、前記排圧が低下する方向に前記排圧調整装置の制御量を調整するＥＧＲ抑制制御を実行し、
前記排圧調整装置は、前記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であり、
前記ＥＧＲ抑制制御は、前記発電タービンの発電量を低下させる制御を含む、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、
前記排気通路内の排気ガスの温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記温度センサによる排気ガスの検出温度に基づいて前記ＥＧＲ過剰の有無を判定する、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、当該目標ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される排気ガスの温度を基準温度としたとき、前記コントローラは、前記基準温度から前記温度センサによる検出温度を減じた温度偏差を逐次算出するとともに、算出した当該温度偏差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4】

請求項３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、前記温度偏差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、前記発電タービンを前記温度偏差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5】

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、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。

【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】

【文献】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においてＥＧＲ率をむやみに高めると、排気ガスの温度ひいてはＥＧＲガスの温度が過度に低くなり、燃料改質触媒の活性が損なわれて当該触媒による所期の改質性能が得られなくおそれがある。そこで、排気ガスの温度が所要の温度範囲に維持されるように、ＥＧＲ率を運転条件に応じて調整することが望まれる。このとき、何らかの要因でＥＧＲ率が過度に大きくなることが考えられるが、このような状況（ＥＧＲ率の過剰）は排気ガス（ＥＧＲガス）の温度低下、ひいては燃料改質触媒の活性の低下につながるので、速やかに解消されることが望ましい。

【0006】

一方、上記特許文献１のシステムには、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）が備わっている。そこで、上記のようにＥＧＲ率が過剰になったときには、ＥＧＲ弁の開度を低下させてＥＧＲガスの流量を減らすことが提案される。しかしながら、このようにＥＧＲ率が過剰になる度にＥＧＲ弁の開度を低下させたのでは、排気通路の圧力（排圧）の増大、ひいてはポンピングロスの増大につながり、所期の燃費改善効果が得られない可能性があった。

【0007】

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、燃料改質触媒に過度に多くのＥＧＲガスが導入されている場合に、燃費性能を悪化させることなく当該ＥＧＲガスの量を低減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】

【0008】

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、当該排気通路内の排気ガスの圧力である排圧を調整可能な排圧調整装置と、前記改質用インジェクタおよび前記排圧調整装置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ガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰の発生が確認された場合に、前記排圧が低下する方向に前記排圧調整装置の制御量を調整するＥＧＲ抑制制御を実行し、前記排圧調整装置は、前記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であり、前記ＥＧＲ抑制制御は、前記発電タービンの発電量を低下させる制御を含む、ことを特徴とするものである（請求項１）。

【0009】

本発明によれば、ＥＧＲ通路に燃料改質触媒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、当該燃料改質触媒での吸熱反応により燃料を改質することができ、ＥＧＲガス（排気ガス）の熱を利用して燃焼性を改善することができる。これにより、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を得ることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

【0010】

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ガスの流量が過剰になるＥＧＲ過剰が発生した場合には、排気通路に設けられた排圧調整装置によって排圧が低下方向に調整されるので、排気通路からＥＧＲ通路への排気ガスの分流を抑制することができ、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。

【0011】

ここで、ＥＧＲ過剰を解消させる他の方法として、ＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を設けた上で当該ＥＧＲ弁の開度を低下させることが考えられる。しかしながら、ＥＧＲ弁の開度低下は、吸気通路と排気通路との圧力差を拡大させ、ポンピングロスの増大につながると考えられる。これに対し、本発明では、ＥＧＲ過剰の発生時に排圧調整装置によって排圧が低くされるので、吸気通路と排気通路との圧力差、ひいてはポンピングロスをむしろ低減することができ、良好な燃費性能を確保しつつＥＧＲ過剰を解消することができる。
特に、本発明では、排圧調整装置として排気通路に発電タービンが設けられるので、排気ガスのエネルギーの一部を電力として回収することが可能になる。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。また、ＥＧＲ過剰の発生時には発電タービンの発電量が低くされるので、当該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し、排気通路の圧力である排圧が低下する。これにより、排気通路からＥＧＲ通路への排気ガスの分流が抑制されるので、ＥＧＲ過剰を速やかに解消することができる。

【0012】

好ましくは、前記燃料改質システムは、前記排気通路内の排気ガスの温度を検出する温度センサをさらに備え、前記コントローラは、前記温度センサによる排気ガスの検出温度に基づいて前記ＥＧＲ過剰の有無を判定する（請求項２）。

【0013】

この構成によれば、ＥＧＲ率（吸気に対するＥＧＲガスの割合）が高いほど排気ガスの温度が低下する傾向にあることを利用して、ＥＧＲ過剰の有無（ＥＧＲ抑制制御の要否）を簡単かつ適切に判断することができる。

【0014】

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、当該目標ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される排気ガスの温度を基準温度としたとき、前記コントローラは、前記基準温度から前記温度センサによる検出温度を減じた温度偏差を逐次算出するとともに、算出した当該温度偏差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３）。

【0015】

この構成によれば、実際に検出した排気ガスの温度を基準温度から減じた温度偏差に基づいて、ＥＧＲ過剰の有無（ＥＧＲ抑制制御の要否）を適切に判断することができる。

【0016】

前記構成において、より好ましくは、前記コントローラは、前記温度偏差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、前記発電タービンを前記温度偏差に基づきフィードバック制御する（請求項４）。

【0017】

この構成によれば、温度偏差の変化（換言すればＥＧＲ率の過剰度合いの変化）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。

【0018】

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ようにしてもよい（請求項５）。

【0019】

この構成によれば、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との比較に基づいてＥＧＲ過剰の有無（ＥＧＲ抑制制御の要否）を適切に判断することができる。

【発明の効果】

【0024】

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、燃料改質触媒に過度に多くのＥＧＲガスが導入されている場合に、燃費性能を悪化させることなく当該ＥＧＲガスの量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【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】ＥＧＲ率と燃料改質率との関係を概略的に示すグラフである。

【図8】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9】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10】目標ＥＧＲ率と基準温度との関係を概略的に示すグラフである。

【図11】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。

【図12】上記実施形態の変形例を説明するための図１相当図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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）。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

発電機２８の発電量は変更可能である。この発電量の変更により、タービンインペラ２７を通過する排気ガスの流通抵抗が変化し、排気通路２０内の排気ガスの圧力である排圧が変化する。すなわち、発電機２８の発電量が増大すると、排気ガスの流通抵抗が増大し、排圧が増大する。逆に、発電機２８の発電量が低下すると、排気ガスの流通抵抗が低下し、排圧が低下する。このように、発電タービン２５は、排圧を調整する機能（排圧調整装置としての機能）を有している。

【0035】

共通排気管２３における発電タービン２５の上流側には、当該共通排気管２３を流通する排気ガスの温度を検出する排ガス温度センサＳＮ３が設けられている。なお、排ガス温度センサＳＮ３は、本発明における「温度センサ」に相当する。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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ＳＮ４が取り付けられている。

【0042】

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。

【0043】

（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。

【0044】

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、排ガス温度センサＳＮ３、および触媒温度センサ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、排ガス温度、触媒入口温度等の情報）がＥＣＵ５０に逐次入力されるようになっている。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

（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。

【0048】

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。

【0049】

次いで、ＥＣＵ５０は、触媒温度センサＳＮ４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Ｔｚよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。閾値Ｔｚ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。

【0050】

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて触媒入口温度が閾値Ｔｚ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。

【0051】

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Ｔｚ以下であることが確認された場合、ＥＣＵ５０は、改質用インジェクタ３２による燃料噴射を停止する非改質制御を実行する。この非改質制御は、次のステップＳ４，Ｓ５を含む。

【0052】

まずステップＳ４において、ＥＣＵ５０は、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。

【0053】

続くステップＳ５において、ＥＣＵ５０は、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ガスの割合であるＥＧＲ率が、必要な燃焼安定性が確保される範囲で最大になるように、ＥＧＲ弁３１、発電タービン２５、および送気コンプレッサ３５を制御する。すなわち、気筒２への供給燃料が全て直噴インジェクタ３からのもの（つまり改質されていない燃料）である場合に設定し得るＥＧＲ率の上限は、燃焼安定性を損なわないことを条件として運転条件ごとに予め定めることができる。ＥＣＵ５０には、このようなＥＧＲ率の上限（全て直噴とした場合に設定可能なＥＧＲ率の上限）が運転条件ごとに予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、この記憶された上限のＥＧＲ率が実現されるように、ＥＧＲ弁３１の開度を全閉を除く開度範囲（中間開度から全開までの範囲）内で調整するとともに、必要に応じ送気コンプレッサ３５を駆動してＥＧＲ通路３０に排気ガス（ＥＧＲガス）を吸い込む。なお、送気コンプレッサ３５の駆動時には、当該送気コンプレッサ３５で消費される電力の少なくとも一部が発電タービン２５（発電機２８）による発電電力で賄われるように発電タービン２５を作動させてもよい。

【0054】

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。

【0055】

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率を取得する（ステップＳ１１）。目標ＥＧＲ率は、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率を決定する。

【0056】

図６は、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。このグラフに示すように、目標ＥＧＲ率は、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。

【0057】

図７は、上述した目標ＥＧＲ率の傾向を定める基礎となった燃料改質率の特性を示すグラフである。燃料改質率とは、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のことである。図７に示すように、ＥＧＲ率以外の条件（負荷、回転数、触媒温度など）が同一である場合、燃料改質率は、ＥＧＲ率に応じて増減する。すなわち、燃料改質率は、ＥＧＲ率が所定値Ｒｘであるときに最大になり、所定値Ｒｘに対し増大方向および減少方向のいずれに変化しても低下する。ＥＧＲ率が所定値Ｒｘに対し増大するほど燃料改質率が低下するのは、ＥＧＲガスの温度低下が原因である。具体的に、ＥＧＲ率が所定値Ｒｘよりも大きくなると、気筒２での燃焼温度が有意に低下し、排気ガスひいてはＥＧＲガスの温度が低下する。これにより、燃料改質触媒３３の温度が低下し、燃料改質触媒３３の活性が相対的に低下する結果、燃料改質率が低下する。また、ＥＧＲ率が所定値Ｒｘに対し減少するほど燃料改質率が低下するのは、燃料の気化率の低下が原因である。具体的に、ＥＧＲ率が所定値Ｒｘよりも小さくなると、ＥＧＲ通路３０を流通するＥＧＲガスの流量が有意に減少し、改質用インジェクタ３２から噴射された燃料のうちＥＧＲガス中で気化する燃料の割合（気化率）が低下する。これにより、燃料改質触媒３３に十分に微粒化した状態で導入される燃料の量が減少する結果、燃料改質率が低下する。

【0058】

以上のとおり、ＥＧＲ率に対する燃料改質率の変化特性（図７）は、特定のＥＧＲ率（所定値Ｒｘ）において燃料改質率が最大になる山型の特性になる。そして、本願発明者の研究による知見として、燃料改質率が最大になるＥＧＲ率（所定値Ｒｘ）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（つまり図７の所定値Ｒｘに対応する燃料改質率が得られるように）、目標ＥＧＲ率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。

【0059】

次いで、ＥＣＵ５０は、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Ｓ１２）。ＥＧＲガス流量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、推定した吸気量からエアフローセンサＳＮ２により検出される新気の流量を減じた値を、ＥＧＲガス流量として算出する。

【0060】

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Ｓ１３）。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Ｓ１３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。

【0061】

上記ステップＳ１３において、改質用燃料噴射量は、触媒温度センサＳＮ４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Ｓ１２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８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８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Ｔｚに対し増大するほど多くなるように設定される。また、図８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Ｔｚより高い値で一定であるものとする。

【0062】

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８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。

【0063】

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Ｓ１４）。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Ｓ１３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。

【0064】

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９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９に示すように、触媒入口温度が閾値Ｔｚ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Ｔｚを超えると、当該閾値Ｔｚ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Ｓ１３，Ｓ１４の前提として、触媒入口温度は閾値Ｔｚ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。

【0065】

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１３，Ｓ１４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Ｓ１５）。すなわち、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１３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Ｓ１４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。

【0066】

次いで、ＥＣＵ５０は、図５のステップＳ２１に移行して、排気通路２０を流通する排気ガスの温度（排ガス温度）の基準値である基準温度Ｔｒを決定する。基準温度Ｔｒは、上記ステップＳ１１で取得された目標ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される排ガス温度のことであり、図１０に示すような傾向で定められる。すなわち、エンジンの運転条件（負荷および回転数）が同一であると仮定すれば、気筒２での燃焼温度はＥＧＲ率が大きくなるほど低下する傾向にあるので、目標ＥＧＲ率が達成されているときの排ガス温度は、目標ＥＧＲ率が大きくなるほど低下するはずである。そして、目標ＥＧＲ率が達成されているときの排ガス温度は、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Ｓ２１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で取得された目標ＥＧＲ率）が達成されているときの排ガス温度が求められ、当該排ガス温度が基準温度Ｔｒとして決定される。

【0067】

次いで、ＥＣＵ５０は、上記ステップＳ２１で決定された基準温度Ｔｒと、排ガス温度センサＳＮ３により検出される排ガス温度Ｔｅｘとに基づいて、前者から後者を減じた値である温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）を算出するとともに、この温度偏差が予め定められた閾値α以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。閾値αは０より大きい値（例えば基準温度Ｔｒの５～１０％に相当する値）であり、温度偏差がこの閾値αよりも大きいということは、実際の排ガス温度Ｔｅｘが基準温度Ｔｒ（目標ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される温度）を比較的大きく下回っていることを意味する。ここで、排ガス温度はＥＧＲ率に反比例するから（図１０参照）、排ガス温度が想定よりも低いのであれば、ＥＧＲ率の実際値である実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい状況にあるはずである。言い換えると、温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値αよりも大きいということは、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を有意に上回る（ＥＧＲガスの流量が過剰である）ＥＧＲ過剰が起きていることを意味する。

【0068】

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。

【0069】

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いて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）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。

【0070】

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。

【0071】

次に、上記ステップＳ２２でＮＯと判定された場合、つまり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。

【0072】

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、排気ガスの温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値αを超える（言い換えると実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を有意に上回る）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。

【0073】

続くステップＳ２６において、ＥＣＵ５０は、発電タービン２５の発電量が排気ガスの温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）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、上記温度偏差が閾値α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（Ｔｒ－Ｔｅｘ＞α）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（排ガス温度Ｔｅｘが基準温度Ｔｒ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。

【0074】

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。

【0075】

図１１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）は排ガス温度の変化を、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）は送気コンプレッサ３５の回転数の変化を、それぞれ示している。

【0076】

図１１のチャート（ａ）に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間において、目標ＥＧＲ率（一点鎖線）はＶ１で一定であるものとする。これにより、実ＥＧＲ率（実線）は、同期間中の目標ＥＧＲ率（＝Ｖ１）に略一致する値で推移する。

【0077】

同じく時点ｔ１から時点ｔ２までの期間において、排ガス温度Ｔｅｘは基準温度Ｔｒに略一致する値で推移する（チャート（ｂ）参照）。すなわち、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間中、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率とは略一致するから、実ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される排ガス温度（つまり基準温度Ｔｒ）と実際の排ガス温度Ｔｅｘとは自ずと略一致する。なお、チャート（ｂ）において基準温度Ｔｒに相当する一点鎖線のラインの下側に表記される破線のラインは、基準温度Ｔｒに対し閾値αだけ低い温度を表している。言い換えると、排ガス温度Ｔｅｘが破線のラインに一致もしくはこれより上側に位置することは、基準温度Ｔｒから排ガス温度Ｔｅｘを減じた温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値α以下であることを意味し、排ガス温度Ｔｅｘが破線のラインよりも下側に位置することは、温度偏差が閾値αを超えることを意味する。

【0078】

チャート（ｂ）から明らかなように、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間、上記温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）は閾値α以下である。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、発電タービン２５の発電量および送気コンプレッサ３５の回転数が、目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ１）に対応する基本発電量Ｇ１および基本回転数Ｎ１にそれぞれ設定される（チャート（ｃ）（ｄ）参照）。

【0079】

時点ｔ２において、目標ＥＧＲ率はＶ１からＶ２まで低下する（チャート（ａ）参照）。この目標ＥＧＲ率の急減により、時点ｔ２以降、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を有意に上回るＥＧＲ過剰が発生する。また、このＥＧＲ過剰により、排ガス温度Ｔｅｘが基準温度Ｔｒを有意に下回り、両者の温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値αよりも大きくなる（チャート（ｂ）参照）。これにより、時点ｔ２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の発電量が温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）に応じたフィードバック制御値である発電量Ｇ２ａ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（＝Ｖ２）に応じた基本回転数Ｎ２に設定される（チャート（ｄ）参照）。低下後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）に応じて定まる基本発電量をＧ２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Ｇ２ａは、基本発電量Ｇ２よりも小さい値に設定される。また、時点ｔ２以降、温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）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Ｇ２に対する発電量Ｇ２ａの低下幅は漸減する。

【0080】

時点ｔ２より遅れた時点ｔ３において、排ガス温度Ｔｅｘが基準温度Ｔｒに近づき、両者の温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値α以下になるまで縮小する。これにより、時点ｔ３移行、制御は通常制御に移行する。すなわち、発電タービン２５の発電量および送気コンプレッサ３５の回転数が、低下後の目標ＥＧＲ率Ｒ１（＝Ｖ２）に対応する基本発電量Ｇ２および基本回転数Ｎ２にそれぞれ設定される（チャート（ｃ）（ｄ）参照）。

【0081】

（４）作用
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、当該燃料改質触媒３３での吸熱反応により燃料を改質することができ、ＥＧＲガス（排気ガス）の熱を利用して燃焼性を改善することができる。これにより、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を得ることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。また、排気通路２０に発電タービン２５が設けられるので、排気ガスのエネルギーの一部を電力として回収することができる。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。

【0082】

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ガスの流量が過剰であること、つまり実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を有意に上回るＥＧＲ過剰が起きていることが確認された場合には、発電タービン２５の発電量を低下させる操作を含む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、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し、排気通路２０の圧力である排圧が低下するので、排気通路２０からＥＧＲ通路３０への排気ガスの分流を抑制することができ、ＥＧＲ過剰を速やかに解消することができる。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。

【0083】

ここで、ＥＧＲ過剰を解消させる他の方法として、ＥＧＲ弁３１の開度を低下させることが考えられる。しかしながら、ＥＧＲ弁３１の開度低下は、吸気通路１０と排気通路２０との圧力差を拡大させ、ポンピングロスの増大につながると考えられる。これに対し、上記実施形態では、ＥＧＲ過剰の解消のために発電タービン２５の発電量が低くされるので、吸気通路１０と排気通路２０との圧力差、ひいてはポンピングロスをむしろ低減することができ、良好な燃費性能を確保しつつＥＧＲ過剰を解消することができる。

【0084】

また、上記実施形態では、ＥＧＲ通路３０に送気コンプレッサ３５が設けられるので、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。しかも、ＥＧＲ過剰が発生したときには、上述した発電タービン２５の発電量の低下と併せて、送気コンプレッサ３５の回転数を低下される制御が実行されるので、ＥＧＲ過剰をより迅速に解消することができる。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の発電量の低下により排気通路２０内の排気ガスの流通抵抗（ひいては排圧）が低下するので、これら２つの作用によって排気通路２０からＥＧＲ通路３０への排気ガスの分流を十分に抑制することができ、ＥＧＲ過剰をより迅速に解消することができる。

【0085】

また、上記実施形態では、目標ＥＧＲ率が達成されている場合に想定される排気ガスの温度である基準温度Ｔｒから、排ガス温度センサＳＮ３により検出される排ガス温度Ｔｅｘを減じた温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が算出されるとともに、算出された当該温度偏差が所定の閾値αを超えたことが確認された場合に、ＥＧＲ過剰が起きている（ＥＧＲ抑制制御が必要である）と判定されるので、ＥＧＲ率が高いほど排ガス温度が低下する傾向にあることを利用して、ＥＧＲ過剰の有無（ＥＧＲ抑制制御の要否）を簡単かつ適切に判断することができる。

【0086】

特に、上記実施形態では、ＥＧＲ抑制制御の際に、上記温度偏差（Ｔｒ－Ｔｅｘ）が閾値α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、温度偏差の変化（換言すればＥＧＲ率の過剰度合いの変化）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。

【0087】

（５）変形例
上記実施形態では、排ガス温度センサＳＮ３により検出される排ガス温度Ｔｅｘに基づいてＥＧＲ過剰の有無（ＥＧＲ抑制制御の要否）を判定するようにしたが、ＥＧＲ過剰を判定する方法はこれに限られない。例えば、各種センサによる検出値等に基づいて、実ＥＧＲ率（ＥＧＲ率の実際値）から目標ＥＧＲ率（ＥＧＲ率の目標値）を減じた値である過剰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、ＥＧＲ過剰が起きている（ＥＧＲ抑制制御が必要である）と判定してもよい。この場合において、実ＥＧＲ率は、例えば、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き算出することができる。あるいは、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、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。

【0088】

上記実施形態では、ＥＧＲ過剰の発生時に発電タービン２５と送気コンプレッサ３５との双方を用いてＥＧＲを抑制するようにしたが、送気コンプレッサ３５は必須ではなく、省略してもよい。さらに、発電タービン２５に代えて、図１２に示す排気シャッター弁６０を排気通路２０に設けてもよい。排気シャッター弁６０は、その開度によって排圧（排気通路２０内の圧力）を調整することが可能であり、発電タービン２５と同様、排圧調整装置としての機能を有する。排気シャッター弁６０を用いる場合には、ＥＧＲ過剰の発生時に排気シャッター弁６０の開度を増大方向に制御するとよい。これにより、排圧を低下させてＥＧＲを抑制することが可能になる。

【符号の説明】

【0089】

１ ：エンジン本体
１０ ：吸気通路
２０ ：排気通路
２５ ：発電タービン（排圧調整装置）
３０ ：ＥＧＲ通路
３２ ：改質用インジェクタ
３３ ：燃料改質触媒
５０ ：ＥＣＵ（コントローラ）
６０ ：排気シャッター弁（排圧調整装置）
ＳＮ３ ：排ガス温度センサ（温度センサ）
α ：（温度偏差の）閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】