(57)【要約】【課題】有害物質の排出を抑制しつつ、暖気過程に要する時間を短縮することができる燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料改質装置は、気化室１１０と、エアを気化室に供給するエア供給器１２０と、気化器に向けて燃料を噴射する燃料噴射器１６０と、燃料改質触媒の温度を測定する第１温度計１８２と、気化室内の温度又は気化器の温度を測定する第２温度計１８０，１８１と、エア供給器の動作を制御するエア制御部２１０、燃料噴射器の動作を制御する噴射制御部２４０、及び第１温度計により測定された第１温度並びに第２温度計により測定された第２温度を取得する取得部２５０を含む制御装置１９０と、を備え、第１温度が燃料改質触媒の活性温度に満たない暖気過程において、第２温度が所定の閾値以上となった場合に、エア制御部は、エア供給器にエアの気化室への供給を停止させ、噴射制御部は、燃料噴射器に可燃濃度の燃料を噴射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料改質装置であって、
燃料改質触媒（１７０）の上流に設けられた気化室（１１０）と、
エアを前記気化室に供給するエア供給器（１２０）と、
前記気化室内に設けられた気化器に向けて燃料を噴射する燃料噴射器（１６０）と、
前記燃料改質触媒の温度を測定する第１温度計（１８２）と、
前記気化室内の温度又は前記気化器の温度の少なくとも一方を測定する第２温度計（１８０，１８１）と、
前記エア供給器の動作を制御するエア制御部（２１０）、前記燃料噴射器の動作を制御する噴射制御部（２４０）、及び前記第１温度計により測定された第１温度並びに前記第２温度計により測定された第２温度を取得する取得部（２５０）を含む制御装置（１９０）と、
を備え、
前記第１温度が前記燃料改質触媒の活性温度に満たない暖気過程において、前記第２温度が所定の閾値以上となった場合に、前記エア制御部は、前記エア供給器にエアの前記気化室への供給を停止させ、前記噴射制御部は、前記燃料噴射器に可燃濃度の燃料を噴射させる、燃料改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料改質装置であって、
前記取得部が取得した前記第１温度が前記燃料改質触媒の活性温度以上である改質過程において、前記エア制御部は、前記エア供給器にエアを前記気化室に供給させ、前記噴射制御部は、前記燃料噴射器に前記可燃濃度より濃い濃度の燃料を噴射させる、燃料改質装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質装置は、前記エアを加熱するエア加熱器（１３０）を更に備え、
前記エア制御部は、前記暖気過程において、前記第２温度が所定の閾値に達する前に、前記エア加熱器により加熱されたエアを前記気化室に供給するように前記エア供給器を制御する、燃料改質装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質装置は、
前記エア供給器から前記気化室を迂回して前記燃料改質触媒へとエアを通すバイパス経路（１２２）と、
前記エア供給器からのエアの供給先を前記気化室と前記バイパス経路との間で切り替える切替器（１２３）と、を更に備え、
前記制御装置は、燃料の燃焼中、前記エア加熱器により加熱されたエアを前記バイパス経路に供給するように前記切替器を制御する切替制御部（２７０）を更に備える、燃料改質装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料噴射器に供給される燃料の温度が引火点以上かつ熱変性温度未満となるように燃料を加熱する燃料加熱器（１６３）を更に備える、燃料改質装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料加熱器は、前記燃料噴射器のうち、燃料が噴射される噴射口の付近に設けられた、燃料改質装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料改質装置であって、
前記所定の閾値は、前記燃料の蒸発開始温度である、燃料改質装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料改質装置であって、
前記所定の閾値は、前記燃料の発火温度である、燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する浄化触媒に対し、水素を含む還元性気体を供給することにより、浄化触媒における還元の効率を高める技術が知られている。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の上流に燃料改質器が設けられ、燃料改質触媒により燃料を改質して得られた改質ガスを排気中に混ぜることにより、水素濃度を高めた排気ガスをＮＯｘ浄化触媒に供給する構成が開示されている。
【０００３】
このような燃料改質器においては、燃料改質触媒の温度が活性温度に達するまでの暖気過程では安定的に改質が行われないという問題点がある。このような暖気過程に要する時間を短縮するため、例えば下記特許文献１には、燃料改質装置の始動時に、インジェクタから噴射された燃料をグロープラグの着火により燃焼させ、生成された高温の燃焼ガスを改質触媒層に直接供給することにより改質触媒層の昇温を促進させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法によると、グロープラグの着火前に燃料を拡散させておく必要があるので、未燃の燃料が炭化水素（ＨＣ）として排出されたり、気化室内の燃焼が部分的に不完全燃焼となることによりスートが排出されたりするおそれがある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、有害物質の排出を抑制しつつ、暖気過程に要する時間を短縮することができる燃料改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る燃料改質装置は、燃料改質触媒（１７０）の上流に設けられた気化室（１１０）と、エアを気化室に供給するエア供給器（１２０）と、気化室内に設けられた気化器に向けて燃料を噴射する燃料噴射器（１６０）と、燃料改質触媒の温度を測定する第１温度計（１８２）と、気化室内の温度又は気化器の温度の少なくとも一方を測定する第２温度計（１８０，１８１）と、エア供給器の動作を制御するエア制御部（２１０）、燃料噴射器の動作を制御する噴射制御部（２４０）、及び第１温度計により測定された第１温度並びに第２温度計により測定された第２温度を取得する取得部（２５０）を含む制御装置（１９０）と、を備え、第１温度が燃料改質触媒の活性温度に満たない暖気過程において、第２温度が所定の閾値以上となった場合に、エア制御部は、エア供給器にエアの気化室への供給を停止させ、噴射制御部は、燃料噴射器に可燃濃度の燃料を噴射させる。
【０００８】
本開示では、燃料改質触媒の温度が活性温度に満たない暖気過程において、気化室内又は気化器の温度の少なくとも一方の温度が所定の閾値以上となってから、可燃濃度の燃料が気化器に向かって噴射される。本開示によると、例えば燃料が拡散された状態でグロープラグにより着火される構成に比べて、未燃の状態を回避するとともに、気化室内全体にわたって燃料が均等に燃焼しやすくなる。気化室内の燃焼により温められたエアが下流に設けられた燃料改質触媒に供給されるので、未燃による炭化水素（ＨＣ）の発生や不完全燃焼によるスートの発生を抑制しつつ、燃料改質触媒１７０の温度を上昇させ、ひいては暖気過程に要する時間を短縮することができる。燃料の噴射中は、エアの気化室への供給が停止された状態であるので、仮に気化室内にＨＣやスートが生じても、これらの気化室からの排出を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、有害物質の排出を抑制しつつ、暖気過程に要する時間を短縮することができる燃料改質装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る燃料改質装置を含む排気系の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る燃料改質装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、第１実施形態に係る燃料改質装置に関わる各種パラメータのタイミングチャートである。
【図５】図５は、第1実施形態に係る燃料改質装置における燃料改質触媒の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例に係る燃料改質装置に関わる各種パラメータのタイミングチャートである。
【図７】図７は、第２実施形態に係る燃料改質装置を含む排気系の構成例を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る燃料改質装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２実施形態に係る燃料改質装置に関わる各種パラメータのタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る燃料改質装置における燃料改質触媒の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る燃料改質装置を含む排気系の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る燃料改質装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第３実施形態の変形例に係る燃料改質装置に関わる各種パラメータのタイミングチャートである。
【図１４】図１４は、第３実施形態に係る燃料改質装置における燃料改質触媒の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１及び図２を参照しながら、第１実施形態に係る燃料改質装置について説明する。図１は、燃料改質装置１０を含む排気系１００の構成例を示している。排気系１００は、例えば車両などの移動体に搭載され、エンジン（不図示）から生じる排気ガスを排気する。排気系１００は、燃料改質装置１０の他に、排気管２０と、排気浄化触媒３０と、を備える。
【００１３】
排気管２０は、エンジンから生じる排気ガスを排気する。
【００１４】
排気浄化触媒３０は、排気管２０の内部に設けられる。排気浄化触媒３０は、例えば、排気ガスに含まれる有害物質の一つである窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化させるＮＯｘ浄化触媒であってよい。
【００１５】
燃料改質装置１０は、排気浄化触媒３０を活性化させるために還元剤を排気管２０内の排気ガス中に供給する装置である。具体的に、燃料改質装置１０は、燃料を改質して得られた水素を含む還元性気体を排気ガスに混ぜることにより排気ガスの水素濃度を高め、結果として排気浄化触媒３０の還元の効率を高める。
【００１６】
図１に示されるように、燃料改質装置１０は、例えば気化室１１０と、エア供給器１２０と、エア加熱器１３０と、気化器１４０と、加熱板１５０と、燃料噴射器１６０と、燃料改質触媒１７０と、気化室温度計１８０と、気化器温度計１８１と、触媒温度計１８２と、制御装置１９０と、を備えている。
【００１７】
気化室１１０は、燃料改質触媒１７０の上流に設けられる。図２に示されるように、気化室１１０は円筒形状を有している。気化室１１０の一方側の底面には燃料噴射器１６０が取り付けられ、他方側の底面は燃料改質触媒１７０に向かって空いている。
【００１８】
気化室１１０内には、エア供給器１２０からエアが供給されるとともに、燃料噴射器１６０から燃料が噴射される。図２に示されるように、気化室１１０に供給されたエアは、気化室１１０の側壁に沿って旋回流を形成するので、気化室１１０内で生じる未燃ＨＣやスート等の物質が遠心力により気化室１１０の側壁側に集められ、気化室１１０から排出されにくくなる。
【００１９】
エア供給器１２０は、主経路１２１を経由して気化室１１０にエアを供給する。気化室１１０に供給されたエアは、気化室１１０の下流に設けられた燃料改質触媒１７０に供給される。
【００２０】
エア加熱器１３０は、主経路１２１に設けられる。エア加熱器１３０は、主経路１２１を通過するエアを加熱してエアの温度を上昇させる。昇温されたエアが燃料改質触媒１７０に供給されることにより、燃料改質触媒１７０の温度が上昇する。
【００２１】
気化器１４０は、気化室１１０内に設けられる。気化器１４０は、気化器１４０に向けて噴射された燃料を燃焼させたり気化させたりする。図２に示されるように、気化器１４０は、気化室１１０の底面の平面視において円環状をなす。円環状の中心部には、燃料及びエアが通過する孔１４１が空いている。
【００２２】
加熱板１５０は、気化器１４０を加熱して、気化器１４０が燃料を燃焼又は気化させることが可能な温度となるよう制御する。本実施形態では、図２に示されるように、例えば４枚の加熱板１５０が気化器１４０上に均等に配置されている。
【００２３】
燃料噴射器１６０は、気化室１１０の一方側の底面に取り付けられ、気化室１１０内に向けて燃料を噴射する。具体的に、燃料噴射器１６０は、燃料タンク１６１からポンプ１６２により吸い上げた燃料を、気化器１４０に設けられた４枚の加熱板１５０に向かって噴射する。噴射される燃料の濃度及び噴射のタイミングについては後述する。
【００２４】
燃料改質触媒１７０は、気化室１１０の下流に設けられる。燃料改質触媒１７０は、供給される燃料を改質して水素を含む還元性気体を生成し、排気管２０に排出する。水素が排気管２０に排出されることにより、排気管２０内の排気中の水素濃度が高まり、排気浄化触媒３０が活性化される。燃料改質触媒１７０は、活性温度以上に温められなければ適切に改質が行われない。燃料改質触媒１７０の活性温度は、例えば５００度程度である。燃料改質触媒１７０を活性温度以上に温める工程については後述する。
【００２５】
気化室温度計１８０（第２温度計）は、気化室１１０内の温度を測定して、測定された温度（第２温度）を制御装置１９０に出力する。
【００２６】
気化器温度計１８１（第２温度計）は、気化器１４０の温度を測定して、測定された温度（第２温度）を制御装置１９０に出力する。気化器１４０の温度は、例えば加熱板１５０の温度であってもよい。
【００２７】
触媒温度計１８２（第１温度計）は、燃料改質触媒１７０の温度を測定して、測定された温度（第１温度）を制御装置１９０に出力する。燃料改質触媒１７０の温度は、例えば燃料改質触媒１７０内部で測定されてもよく、あるいは燃料改質触媒１７０の上流、下流、又はその双方で測定されてもよい。
【００２８】
制御装置１９０は、検知部２００と、エア制御部２１０と、エア加熱部２２０と、気化加熱部２３０と、噴射制御部２４０と、取得部２５０と、判定部２６０と、を備える。
【００２９】
検知部２００は、エンジンの始動、エンジンの停止、及びエンジン始動の前にエンジン始動の準備が開始されたことを検知する。エンジン始動の準備の開始は、例えば、車両の運転者がブレーキを踏む行為や、アクセサリスイッチを入れる等の行為などに基づいて検知されてもよい。
【００３０】
エア制御部２１０は、エア供給器１２０によるエアの供給の動作を制御する。エア供給器１２０の作動及び停止の切り替えについては後述する。
【００３１】
エア加熱部２２０は、エア加熱器１３０の動作を制御する。
【００３２】
気化加熱部２３０は、気化器１４０に設けられた加熱板１５０の動作を制御する。
【００３３】
噴射制御部２４０は、燃料噴射器１６０による燃料の噴射の動作を制御する。燃料の噴射の動作は、例えば噴射する燃料の量、燃料の濃度、及び噴射のタイミングを含む。
【００３４】
取得部２５０は、気化室温度計１８０により測定された気化室１１０の温度と、気化器温度計１８１により測定された気化器１４０の温度と、触媒温度計１８２により測定された燃料改質触媒１７０の温度と、を取得する。
【００３５】
判定部２６０は、後述するように、取得部２５０により取得された燃料改質触媒１７０の温度が、燃料改質触媒１７０の活性温度より高いか否かを判定する。判定部２６０は、気化室１１０及び気化器１４０の温度が所定の閾値より高いか否かを判定する。所定の閾値は、例えば、燃料の発火温度であってもよく、あるいは燃料が蒸発を開始する蒸発開始温度であってもよい。例えば軽油の場合、燃料の発火温度は２５０度程度であり、蒸発開始温度は１８０度程度である。
【００３６】
エンジンの始動時において、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に到達する前に燃料が噴射されると、燃料改質触媒１７０に供給された燃料はＨＣのまま排気管２０に排出され、結果として排気浄化触媒３０の浄化率が低下し得る。本実施形態では、エンジンの始動前に燃料改質触媒１７０を温めておくことによりこの問題を回避する。燃料改質触媒１７０を温める暖気過程、及びその後に燃料改質を行う改質過程について、図３のフローチャート及び図４のタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
【００３７】
図４の（Ａ）は、エア加熱器１３０によるエアの加熱の状態を示す。図４の（Ｂ）は、エア供給器１２０によるエアの供給の状態を示す。図４の（Ｃ）は、加熱板１５０による気化器１４０の加熱の状態を示す。図４の（Ｄ）は、気化室１１０内の温度を示す。図４の（Ｅ）は、噴射される燃料の濃度を示す。図４の（Ｆ）は、燃料噴射器１６０による燃料噴射のタイミングを示す。
【００３８】
図３に示されるように、まずステップＳ０１において、検知部２００が、エンジン始動の準備が開始されたことを検知する。エンジン始動の準備の検知は、上述のとおり、例えば車両の運転者がブレーキを踏む行為や、アクセサリスイッチを入れる行為などに基づいて行われてよい。
【００３９】
続いて、ステップＳ０２において、判定部２６０が、取得部２５０により取得された燃料改質触媒１７０の温度が、燃料改質触媒１７０の活性温度より高いか否かを判定する。燃料改質触媒１７０の温度が活性温度以上である場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、燃料改質触媒１７０はすでに活性化されており、改質過程に進める状態であるので、ステップＳ１６に進む。燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に満たない場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、燃料改質触媒１７０を温める暖気過程が必要となるので、ステップＳ０３及びステップＳ０５に進む。
【００４０】
ステップＳ０３及びステップＳ０４では、エア加熱部２２０及びエア制御部２１０が、それぞれエア加熱器１３０及びエア供給器１２０を作動させ、エアの加熱及び気化室１１０へのエアの供給を開始する。同時に、ステップＳ０５では、気化加熱部２３０が加熱板１５０を作動させ、気化器１４０の加熱を開始する。図４の（Ｄ）に示されるように、加熱されたエアの供給及び気化器１４０の加熱により、気化室１１０内の温度が徐々に上昇する。
【００４１】
続くステップＳ０６では、判定部２６０が、気化室１１０及び気化器１４０の温度が所定の閾値より高いか否かを判定する。本実施形態において、所定の閾値は、例えば燃料の発火温度である。気化室１１０及び気化器１４０の温度が燃料の発火温度以上となると（ステップＳ０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ０７に進む。なお、判定部２６０は、気化室１１０及び気化器１４０のうちいずれか一方の温度と所定の閾値とを比べ、当該一方の温度が所定の閾値以上となるとステップＳ０７に進む態様であってもよい。
【００４２】
ステップＳ０７では、エア制御部２１０がエア供給器１２０にエアの供給を停止させる。エアの供給が停止された状態において、ステップＳ０８では、噴射制御部２４０が燃料噴射器１６０に可燃濃度の燃料を１回噴射させる。気化室１１０及び気化器１４０は発火温度以上となっているので、噴射された燃料が気化器１４０に接触して燃焼するとともに、気化室１１０内の全体が燃焼することにより気化室１１０内の温度が上昇する。
【００４３】
続くステップＳ０９では、取得部２５０が気化室１１０内の温度を取得する。気化室１１０内の温度が所定の温度以上上昇しない場合（ステップＳ０９：Ｎｏ）、何らかの理由により燃料が燃焼していないと推測されるので、ステップＳ１０に進み、所定時間が経過した後（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ０８に戻り再び燃料を噴射する。気化室１１０内の温度が所定の温度以上上昇した場合（ステップＳ０９：Ｙｅｓ）、燃料は燃焼していると考えられるので、ステップＳ１１に進み、エア供給器１２０がエアの供給を再開する。
【００４４】
続いて、ステップＳ１２でエア供給器１２０がエアの供給を再び停止し、ステップＳ１３で燃料噴射器１６０が可燃濃度の燃料を１回噴射し、ステップＳ１４でエア供給器１２０がエアの供給を再開する。続くステップＳ１５では、判定部２６０が、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度より高いか否かを判定する。燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に満たない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に到達するまでステップＳ１２〜Ｓ１４が繰り返される。すなわち、図４の（Ｆ）に示されるように、燃料改質触媒１７０の暖気が完了するまで、可燃濃度の燃料が複数回にわたって連続的に噴射される。このとき気化室１１０内及び気化器１４０の温度は発火温度以上であるので、噴射された燃料は燃焼し続ける。燃料改質触媒１７０の温度が活性温度以上となると（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、暖気過程が終了する。
【００４５】
次に、ステップＳ１６において検知部２００がエンジンの運転開始を検知すると（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１７に進む。燃料改質触媒１７０の温度が活性温度以上であれば（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、改質過程に入り、ステップＳ１８において噴射制御部２４０が燃料噴射器１６０に可燃濃度より高い濃度の燃料を複数回にわたって噴射させる。可燃濃度より高い改質濃度の燃料が気化室１１０に供給されることにより、気化室１１０における燃焼が止まる。
【００４６】
改質過程では、図４の（Ｂ）に示されるように、エアは供給され続けている。エア加熱器１３０及び加熱板１５０は、暖気過程より低い加熱レベルで作動している。燃料は、エアの旋回流の中に噴射され、気化器１４０において気化されて噴霧状となる。改質過程では、ＨＣを含む噴霧状の燃料がエアとともに孔１４１から燃料改質触媒１７０へと供給される。供給されたＨＣは燃料改質触媒１７０において高活性物質に改質され、排気管２０内の排気ガスとともに排気浄化触媒３０へと供給される。
【００４７】
エンジンの運転が停止されるまで、上記の改質過程が継続される。改質過程において、何らかの理由で燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に満たなくなった場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ０６に戻り、暖気過程に戻る。ステップＳ１９において、検知部２００がエンジン運転の停止を検知すると（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）処理が終了する。
【００４８】
以上説明したとおり、第１実施形態における燃料改質装置１０は、燃料改質触媒１７０の上流に設けられた気化室１１０と、エアを気化室１１０に供給するエア供給器１２０と、気化室１１０内に設けられた気化器１４０に向けて燃料を噴射する燃料噴射器１６０と、燃料改質触媒１７０の温度を測定する第１温度計１８２と、気化室１１０内の温度又は気化器１４０の温度の少なくとも一方を測定する第２温度計１８０，１８１と、エア供給器１２０の動作を制御するエア制御部２１０、燃料噴射器１６０の動作を制御する噴射制御部２４０、及び第１温度計１８２により測定された第１温度並びに第２温度計１８０，１８１により測定された第２温度を取得する取得部２５０を含む制御装置１９０と、を備え、第１温度が燃料改質触媒１７０の活性温度に満たない暖気過程において、第２温度が所定の閾値以上となった場合に、エア制御部２１０は、エア供給器１２０にエアの気化室１１０への供給を停止させ、噴射制御部２４０は、燃料噴射器１６０に可燃濃度の燃料を噴射させる。
【００４９】
本実施形態によると、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に満たない暖気過程において、気化室１１０内又は気化器１４０の温度の少なくとも一方の温度が所定の閾値以上となってから、可燃濃度の燃料が気化器１４０に向かって噴射される。本実施形態によると、例えば燃料が拡散された状態でグロープラグにより着火される構成に比べて、未燃の状態を回避するとともに、気化室１１０内全体にわたって燃料が均等に燃焼しやすくなる。気化室１１０内の燃焼により温められたエアが下流に設けられた燃料改質触媒１７０に供給されるので、未燃によるＨＣや不完全燃焼によるスートなどの有害物質の発生を抑制しつつ、燃料改質触媒１７０の温度を上昇させ、ひいては暖気過程に要する時間を短縮することができる。燃料の噴射中は、エアの気化室１１０への供給が停止された状態であるので、仮に気化室１１０内にＨＣやスートが生じても、これらの気化室１１０からの排出を抑制することができる。
【００５０】
本実施形態において、取得部２５０が取得した第１温度が燃料改質触媒１７０の活性温度以上である改質過程において、エア制御部２１０は、エア供給器１２０にエアを気化室１１０に供給させ、噴射制御部２４０は、燃料噴射器１６０に可燃濃度より濃い濃度の燃料を噴射させることが好ましい。
【００５１】
この好ましい態様では、燃料改質触媒１７０が活性温度以上となった改質過程において、燃料の濃度を濃くするという比較的簡易な構成により気化室１１０内における燃料の燃焼を終わらせることができる。燃料の燃焼後は、気化室１１０内に噴射された燃料と供給されたエアを混合して、活性温度以上となった燃料改質触媒１７０に供給することができるので、改質過程の開始時から燃料の改質を適切に行うことができる。
【００５２】
本実施形態において、燃料改質装置１０は、エアを加熱するエア加熱器１３０を更に備え、エア制御部２１０は、暖気過程において、第２温度が所定の閾値に達する前に、エア加熱器１３０により加熱されたエアを気化室１１０に供給するようにエア供給器１２０を制御することが好ましい。
【００５３】
この好ましい態様では、気化室１１０内又は気化器１４０の温度が所定の閾値に達する前に、エア加熱器１３０により加熱されたエアが気化室１１０に供給されるので、燃料の燃焼に加えてエアによっても燃料改質触媒１７０の温度を上昇させることができ、暖気過程に要する時間をさらに短縮することができる。
【００５４】
本実施形態において、燃料の噴射が開始される気化室１１０及び気化器１４０の温度の閾値は、燃料の発火温度であってもよい。
【００５５】
この好ましい態様では、気化室１１０内又は気化器１４０の温度が燃料の発火温度に達してから燃料が噴射されるので、噴射された燃料を確実に燃焼させることができ、燃料の無駄な消費を抑制することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、エア供給器１２０がエアの供給を停止している間もエア加熱器１３０が作動し続ける例が示されているが、エア加熱器１３０はエア供給器１２０と同期して加熱の有無を切り替えてもよい。
【００５７】
図５は、燃料改質装置１０における燃料改質触媒１７０の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。同図に示されるグラフにおいて、横軸はエア加熱器１３０及び加熱板１５０の加熱を開始してからの経過時間（秒）を示し、縦軸は燃料改質触媒１７０の温度（度）を示す。同グラフにおいて、５００は第１実施形態に係る燃料改質装置１０の結果を示し、５０１は比較例に係る燃料改質装置の結果を示す。比較例に係る燃料改質装置とは、暖気過程において燃料を燃焼させない態様である。本シミュレーションにおいて、エア量は４２Ｌ／ｓであり、エア加熱器１３０の消費電力は７５０ｗであり、加熱板１５０の消費電力は６００ｗである。
【００５８】
同図に示されるように、本実施形態及び比較例のいずれの場合であっても、エア加熱器１３０及び加熱板１５０の加熱から所定時間経過後に燃料改質触媒１７０の温度が３００度程度に達する。本実施形態では、これらの加熱に加えて燃料の燃焼が行われるので、比較例に比べて燃料改質触媒１７０の温度上昇が速くなる。燃料を加熱しない場合、燃料改質触媒が活性温度に達するまでに９５秒程度かかるが、燃料を燃焼させると２７秒程度で活性温度に達している。すなわち、本実施形態によると、比較例に比べて燃料改質触媒１７０の暖気に要する時間が６８秒程度短縮されていることが見て取れる。
【００５９】
次に、図６に示されるタイミングチャートを参照して、第１実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例以降では、第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。図６の（Ａ）〜（Ｆ）は、図４の（Ａ）〜（Ｆ）と同様のパラメータである。
【００６０】
本変形例では、燃料改質触媒１７０の暖気過程において、燃料の蒸発開始温度を閾値として燃料の噴射が開始される。蒸発開始温度は発火温度より低いので、本変形例では、図６の（Ｄ）に示されるように、第１実施形態に係る燃料改質装置１０に比べてより早いタイミングで燃料の噴射が開始される。
【００６１】
具体的には、気化室１１０及び気化器１４０の温度が燃料の蒸発開始温度に到達すると、燃料噴射器１６０が気化器１４０に向かって燃料を噴射する。噴射された燃料は、気化器１４０に接触して蒸発し、気化室１１０内に充満する。その後、気化室１１０内及び気化器１４０の温度がさらに上昇して発火温度に到達すると、噴射された燃料が燃焼し始める。気化室１１０内には噴霧状の燃料が充満しているので、これらの燃料に引火して燃焼がさらに進む。その後の動作については、上記第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００６２】
以上説明したとおり、燃料の噴射が開始される気化室１１０及び気化器１４０の温度の閾値は、燃料の蒸発開始温度であってもよい。
【００６３】
この好ましい態様では、気化室１１０内又は気化器１４０の温度が燃料の発火温度より低い蒸発開始温度に達すると燃料が噴射されるので、気化室１１０内又は気化器１４０の温度が発火温度に達してから燃料が噴射される構成に比べて、燃料が早期に燃焼する可能性が高まり、ひいては暖気過程に要する時間を短縮し得る。
【００６４】
次に、図７から図９を参照して第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る燃料改質装置１０Ａを含む排気系１００Ａの構成例を示している。なお、本実施形態以降では、蒸発開始温度を閾値として燃料の噴射が開始される態様を例として説明するが、発火温度を閾値とする場合であっても同様に成立する。
【００６５】
第２実施形態に係る燃料改質装置１０Ａは、上述の第１実施形態に係る燃料改質装置１０に比べて、バイパス経路１２２及び切替器１２３をさらに備え、制御装置１９０の代わりに制御装置１９０Ａを備える点において相違する。
【００６６】
バイパス経路１２２は、エア供給器１２０から供給されるエアを、気化室１１０を迂回して燃料改質触媒１７０へと通す。エア加熱器１３０は、主経路１２１とバイパス経路１２２との分岐点よりもエア供給器１２０側に設けられている。
【００６７】
切替器１２３は、制御装置１９０Ａからの制御信号に応じて、エア供給器１２０からのエアの供給先を、主経路１２１とバイパス経路１２２との間で切り替える。切替器１２３は、例えば一方の経路の経路口を開けるとともに他方の経路の経路口をふさぐことにより、エアの供給先を切り替える機構であってよい。
【００６８】
制御装置１９０Ａは、制御装置１９０に比べて切替制御部２７０をさらに備える。切替制御部２７０は、切替器１２３に制御信号を送信し、切替器１２３の動作を制御する。具体的に、切替制御部２７０は、燃料の燃焼中はエアをバイパス経路１２２に供給し、燃料の燃焼中以外は、エアを主経路１２１に供給するように切替器を制御する。言い換えると、本実施形態では、燃料の燃焼中にエアの供給が停止される代わりにバイパス経路１２２にエアが供給される。
【００６９】
図８は、第２実施形態に係る燃料改質装置１０Ａにおいて実行されるステップＳ１０１〜Ｓ１１９の流れを示している。図９は、図８に示される処理に対応するタイミングチャートを示している。なお、図８において、図３に示される第１実施形態と同様のステップについては類似の符号を付して説明を省略する。図９の（Ｂ）はエアの供給先を示し、図９の（Ａ）及び（Ｃ）〜（Ｆ）は図４の（Ａ）及び（Ｃ）〜（Ｆ）と同様のパラメータである。
【００７０】
暖気過程において、気化室１１０及び気化器１４０の温度が燃料の蒸発開始温度以上となると（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進み、切替器１２３がエアの供給先を主経路１２１からバイパス経路１２２に切り替える。エアの気化室１１０への供給が停止された状態において、ステップＳ１０８では、燃料噴射器１６０が可燃濃度の燃料を１回噴射する。気化室１１０内の温度が所定の温度以上上昇した場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１に進み、切替器１２３がエアの供給先をバイパス経路１２２から主経路１２１に戻す。
【００７１】
続いて、ステップＳ１１２で切替器１２３がエアの供給先を再びバイパス経路１２２に切り替え、ステップＳ１１３で燃料噴射器１６０が可燃濃度の燃料を１回噴射し、ステップＳ１１４で切替器１２３がエアの供給を主経路１２１に戻す。このように、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に到達するまで、ステップＳ１１２〜Ｓ１１４が繰り返される。すなわち、図９の（Ｂ）に示されるように、燃料を燃焼させる間は、加熱されたエアがバイパス経路１２２を通って燃料改質触媒１７０に供給される。
【００７２】
以上説明したとおり、本実施形態に係る燃料改質装置１０Ａは、エア供給器１２０から気化室１１０を迂回して燃料改質触媒１７０へとエアを通すバイパス経路１２２と、エア供給器１２０からのエアの供給先を気化室１１０とバイパス経路１２２との間で切り替える切替器１２３と、を更に備え、制御装置１９０Ａは、燃料の燃焼中、エア加熱器１３０により加熱されたエアをバイパス経路１２２に供給するように切替器１２３を制御する切替制御部２７０を更に備える。
【００７３】
この好ましい態様では、燃料の燃焼中に、加熱されたエアが燃料改質触媒１７０に直接供給されるので、燃料の燃焼中にエアの供給を停止させる構成に比べて燃料改質触媒１７０を早く昇温させることができる。従って、燃料改質触媒１７０の活性化に要する時間をさらに短縮することができる。本態様では、エアが継続的に供給されるので、燃焼のたびにエアの供給を停止させる構成に比べて、エア供給器１２０やエア加熱器１３０にかかる負荷が低減し、エア供給器１２０やエア加熱器１３０の信頼性が向上する。
【００７４】
なお、本実施形態では、切替器１２３が燃料の噴射に応じてエアの供給先を毎回切り替える構成が示されているが、エアの供給先は必ずしも毎回切り替えられなくてもよい。例えば、切替器１２３は、最初の燃料の噴射の際にエアをバイパス経路１２２に切り替えた後は気化室１１０に供給してもよく、あるいは例えば数回の噴射ごとなど所定の頻度で供給先をバイパス経路１２２に切り替える構成であってもよい。
【００７５】
図１０は、第２実施形態に係る燃料改質装置１０Ａにおける燃料改質触媒１７０の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。同図に示されるグラフにおいて、各軸及び各種パラメータは図５に示される第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。同グラフにおいて、１０００は第２実施形態に係る燃料改質装置１０Ａの結果を示し、１００１は燃料改質装置１０Ａのうちバイパス経路１２２を備えない構成の結果を示し、１００２は比較例に係る燃料改質装置の結果を示している。
【００７６】
図１０に示されるように、エア加熱器１３０及び加熱板１５０の加熱からおよそ１０秒後に気化室１１０及び気化器１４０の温度が蒸発開始温度に到達し、燃料の噴射が開始される。バイパス経路１２２を備えない場合、燃料改質触媒の温度が活性温度に達するまでに４２秒程度かかるが、バイパス経路が用いられる場合、３８秒程度で活性温度に達する。すなわち、本実施形態によると、バイパス経路を備えない構成に比べて燃料改質触媒１７０の暖気に要する時間が４秒程度短縮されていることが見て取れる。
【００７７】
次に、図１１から図１３を参照して第３実施形態について説明する。図１１は、第３実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂを含む排気系１００Ｂの構成例を示している。
【００７８】
第３実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂは、上述の第１実施形態に係る燃料改質装置１０に比べて、燃料加熱器１６３及び燃料温度計１８３をさらに備え、制御装置１９０の代わりに制御装置１９０Ｂを備える点において相違する。
【００７９】
燃料加熱器１６３は、燃料噴射器１６０が噴射する燃料を加熱する。燃料加熱器１６３は、燃料が燃料タンク１６１からポンプ１６２により汲み上げられて燃料噴射器１６０から噴射されるまでの経路のいずれの地点に設けられてもよいが、本実施形態では、燃料噴射器１６０の噴射口付近に設けられている。
【００８０】
燃料温度計１８３は、燃料噴射器１６０から噴射される燃料の温度を測定して、測定された温度を制御装置１９０Ｂに出力する。
【００８１】
制御装置１９０Ｂは、制御装置１９０に比べて燃料加熱部２８０をさらに備える。燃料加熱部２８０は、燃料加熱器１６３に制御信号を送信し、燃料加熱器１６３の動作を制御する。取得部２５０は、燃料温度計１８３により測定された燃料の温度を取得する。
【００８２】
エア供給器１２０から供給されるエア及び気化室１１０内の昇温に比べて、燃料噴射器１６０の昇温には時間がかかるので、暖気過程の開始時には、気化室１１０内の温度が燃料の引火温度以上となっても、供給される燃料が引火温度には達していない可能性がある。例えば軽油の場合、引火温度が比較的高く、７０度程度である。本実施形態は、燃料加熱器１６３を備えることにより、燃料を早く引火温度まで昇温させることができる。燃料が気化器１４０に向かって噴射された際に、燃料を加熱しない構成に比べて速やかに気化器１４０の周囲の燃料も燃焼するので、未燃ＨＣの排出をさらに抑制することができる。
【００８３】
燃料の昇温により燃料が熱変性すると、燃料噴射器１６０の内部に付着することにより燃料噴射器１６０の作動不良を引き起こしたり、噴射口に付着することにより燃料の供給量を減少させたりするおそれがある。この問題に対し、本実施形態における燃料加熱器１６３は、燃料が熱変性を起こす熱変性温度を超えないように燃料を加熱する。熱変性温度は、例えば１５０度程度である。燃料の温度が熱変性温度以下に抑えられることにより、燃料噴射器１６０の動作の信頼性が向上する。具体的に、燃料加熱部２８０は、取得部２５０が取得した燃料の温度が熱変性温度を超えないよう、燃料加熱器１６３による加熱のレベルを下げてもよく、あるいは加熱を停止させてもよい。
【００８４】
図１２は、第３実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂにおいて実行されるステップＳ２０１〜Ｓ２１９，Ｓ３０１〜Ｓ３０４の流れを示している。図１３は、図１２に示される処理に対応するタイミングチャートを示している。図１３の（Ａ）〜（Ｆ）は、図４の（Ａ）〜（Ｆ）と同様のパラメータである。図１３の（Ｇ）は燃料の温度を示し、図１３の（Ｈ）は燃料加熱器１６３による燃料加熱の状態を示している。なお、図１２において、図３に示される第１実施形態と同様のステップについては類似の符号を付して説明を省略する。
【００８５】
ステップＳ２０１においてエンジン始動の準備が検知された後、燃料改質触媒１７０の温度が活性温度に満たない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ステップＳ３０１に進む。ステップＳ３０１では、燃料温度計１８３により燃料の温度が測定される。測定された燃料の温度が燃料の引火温度に満たない場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０２に進み、燃料加熱部２８０が燃料加熱器１６３を作動させて燃料の加熱を開始する。燃料の温度が引火温度を超えるまで加熱されたら、図１３の（Ｈ）に示されるように、燃料加熱部２８０は、燃料加熱器１６３による燃料の加熱のレベルを下げてもよい。他方、燃料の温度が燃料の引火温度以上である場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、燃料の加熱は行わずにステップＳ２０６に進む。
【００８６】
暖気過程において、燃料温度計１８３により測定する燃料の温度が熱変性温度に満たなければ（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、燃料の加熱が継続される。燃料の温度が熱変性温度以上となると（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、ステップＳ３０４に進み、燃料加熱器１６３が燃料の加熱を停止する。本実施形態では、ステップＳ３０３，Ｓ３０４がステップＳ２１１とステップＳ２１２との間にあるが、当該ステップＳ３０３，Ｓ３０４の位置はこれに限定されない。
【００８７】
以上説明したとおり、本実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂは、燃料噴射器１６０に供給される燃料の温度が引火点以上かつ熱変性温度未満となるように燃料を加熱する燃料加熱器１６３を更に備える。
【００８８】
この好ましい態様では、燃料噴射器１６０から噴射される燃料の温度が引火点以上かつ熱変性温度未満となるので、燃料が加熱されない構成に比べて気化室１１０内の燃料が全体にわたって燃焼しやすくなり、未燃により生じるＨＣの発生を抑制することができる。
【００８９】
本実施形態において、燃料加熱器１６３は、燃料噴射器１６０のうち、燃料が噴射される噴射口の付近に設けられることが好ましい。
【００９０】
この好ましい態様では、燃料が噴出される直前に加熱されるので、燃料の噴射口から遠い位置で加熱される構成に比べて燃料を効率的に加熱することができる。
【００９１】
図１４は、第３実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂにおける燃料改質触媒１７０の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。同図に示されるグラフにおいて、各軸及び各種パラメータは図５に示される第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。同グラフにおいて、１４００は第３実施形態に係る燃料改質装置１０Ｂの結果を示し、１４０１は燃料改質装置１０Ｂのうち燃料加熱器１６３を備えない構成の結果を示し、１４０２は比較例に係る燃料改質装置の結果が示されている。
【００９２】
図１４に示されるように、エア加熱器１３０及び加熱板１５０の加熱からおよそ１０秒後に気化室１１０及び気化器１４０の温度が蒸発開始温度に到達し、燃料の噴射が開始される。燃料を加熱しない場合、燃料改質触媒の温度が活性温度に達するまでに４２秒程度かかるが、燃料が加熱されると２９秒程度で活性温度に達する。すなわち、本実施形態によると、燃料が加熱されない構成に比べて燃料改質触媒１７０の暖気に要する時間が１３秒程度短縮されていることが見て取れる。
【００９３】
本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
【００９４】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０，１０Ａ，１０Ｂ：燃料改質装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ：排気系
１１０：気化室
１２０：エア供給器
１２２：バイパス経路
１２３：切替器
１３０：エア加熱器
１６０：燃料噴射器
１６３：燃料加熱器
１７０：燃料改質触媒
１８０：気化室温度計（第２温度計）
１８１：気化器温度計（第２温度計）
１８２：触媒温度計（第１温度計）
１９０，１９０Ａ，１９０Ｂ：制御装置
２１０：エア制御部
２４０：噴射制御部
２５０：取得部
２７０：切替制御部
【図１】
2020147468.tif 000003
【図２】
2020147468.tif 000004
【図３】
2020147468.tif 000005
【図４】
2020147468.tif 000006
【図５】
2020147468.tif 000007
【図６】
2020147468.tif 000008
【図７】
2020147468.tif 000009
【図８】
2020147468.tif 000010
【図９】
2020147468.tif 000011
【図１０】
2020147468.tif 000012
【図１１】
2020147468.tif 000013
【図１２】
2020147468.tif 000014
【図１３】
2020147468.tif 000015
【図１４】
2020147468.tif 000016