(57)【要約】【課題】触媒への被毒物質の被毒量を高精度に推定可能な燃料改質装置を提供する。【解決手段】内燃機関（１０）の排気を改質する燃料改質装置（１）は、改質触媒（２１）と、燃料噴射用インジェクタ（４１）と、被毒量推定部（３１）と、を備える。改質触媒（２１）は、触媒金属と、触媒金属とは異なる材料からなる担体と、を含んで構成される。燃料噴射用インジェクタ（４１）は、燃料を噴射して改質触媒（２１）に供給する。被毒量推定部（３１）は、触媒金属に被毒した被毒物質の量である触媒被毒量および、担体に被毒した被毒物質の量である担体被毒量、のうち少なくともいずれかの被毒量を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の排気を改質する燃料改質装置であって、
第１部材（２３）、前記第１部材とは異なる材料からなる第２部材（２２）、を含む改質触媒（２１）と、
前記燃料を噴射して前記改質触媒に供給する燃料噴射部（４１）と、
前記第１部材に被毒した被毒物質の量である第１被毒量および、前記第２部材に被毒した被毒物質の量である第２被毒量、のうち少なくともいずれかの被毒量を推定する被毒量推定部（３１）と、
を備える燃料改質装置。
【請求項２】
前記第２部材は担体であり、前記第１部材は前記担体に担持された触媒金属であり、
前記改質触媒の被毒量を低減し前記改質触媒の機能を回復可能な再生制御を行う再生制御部（３２）をさらに備え、
前記再生制御部は、
前記第１被毒量に相当し前記触媒金属に被毒した被毒物質の量である触媒被毒量を低減する触媒再生制御、前記第２被毒量に相当し前記担体に被毒した被毒物質の量である担体被毒量を低減する担体再生制御、のうち少なくともいずれかの再生制御を、前記被毒量推定部により推定した前記第１被毒量および前記第２被毒量のうち少なくともいずれかに基づき実行する請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記改質触媒にエアを供給するエア供給部（４６）をさらに備え、
前記再生制御部は、前記エア供給部によりエアを供給することで前記触媒再生制御を行う請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記再生制御部は、前記燃料噴射部により燃料を前記改質触媒に供給することで前記担体再生制御を行う請求項２または請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記再生制御部は、
前記触媒被毒量が第１閾値を超えた場合に前記触媒再生制御を行い、前記触媒被毒量が前記第１閾値以下であり、かつ前記担体被毒量が第２閾値以上の場合に前記担体再生制御を行う請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記改質触媒は、炭化水素類からなる燃料を水蒸気により改質する水蒸気改質触媒であって、
前記改質触媒の出口側に設けられ、燃料改質後の水素生成量を取得する水素生成量取得部（４７）をさらに備え、
前記再生制御部は、前記水素生成量取得部が取得した水素生成量が水素閾値以下であるときに、前記改質触媒へ流入する排気の酸素濃度を増加させる前記触媒再生制御を行い、
前記被毒量推定部は、前記触媒再生制御後に再度取得された水素生成量に基づいて前記担体被毒量を推定する請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記再生制御部は、前記被毒量推定部により推定された前記担体被毒量が担体閾値以上の場合に、前記担体再生制御を行う請求項６に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記改質触媒は、車両（１００）の前記内燃機関から排出された排気ガスが通る排気再循環流路（１３）の内部に設けられている請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒を備えた排気装置が知られている。こうした排気装置では、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒等によって改質処理機能が低下するため、ＮＯｘ触媒に被毒した被毒物質を除去する再生制御を行う必要がある。例えば、特許文献１に記載の排気装置では、再生制御に際して、ＮＯｘ触媒に貯蔵される硫黄酸化物の量を計算し、硫黄酸化物の貯蔵量に応じてＮＯｘ触媒の再生時における脱離量を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１７５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＮＯｘ触媒において、同じ被毒量であっても、どこに被毒しているかで脱離量は異なる。例えば、ＮＯｘ触媒が、担体と、担体に担持された触媒金属とで構成されている場合、被毒物質は、触媒金属上では脱離しやすいが、担体上では脱離しにくい。また、担体と触媒金属におけるそれぞれの被毒物質の吸着状態によっても、その相互作用により脱離量は変わってくる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の排気装置では、触媒に被毒した被毒物質の量である被毒量を推定するにあたり、ＮＯｘ触媒のどの部位に被毒物質が付着しているか、また、部位ごとに被毒物質の脱離し易さが異なること、については考慮していない。このため、再生処理の前提として被毒量を推定するにあたり、被毒量の推定精度が悪いという問題があった。
【０００６】
ＮＯｘ触媒に限らず、被毒量や脱離量の推定精度が悪いと、再生制御を過剰に行うことによる燃費の悪化や、再生不足による触媒の性能の低下を招くおそれがある。また、被毒物質の付着部位を考慮していないため、当然ながら、部位ごとの脱離し易さに応じた再生制御の内容を選択することも困難である。すなわち、効率的な再生制御を行うことができなかった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、触媒への被毒物質の被毒量を高精度に推定可能な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】
【０００８】
本発明の燃料改質装置は、内燃機関（１０）の排気を改質する燃料改質装置であって、改質触媒（２１）と、燃料噴射部（４１）と、被毒量推定部（３１）と、を備える。改質触媒は、第１部材（２３）、第１部材とは異なる材料からなる第２部材（２２）、を含む。燃料噴射部は、燃料を噴射して改質触媒に供給する。被毒量推定部は、第１部材に被毒した被毒物質の量である第１被毒量および、第２部材に被毒した被毒物質の量である第２被毒量、のうち少なくともいずれかの被毒量を推定する。
【０００９】
改質触媒は、第１部材と、第１部材とは異なる材料からなる第２部材とを含んでいる。すなわち、改質触媒は、材料の異なる複数の部材で構成されている。こうした改質触媒では、材料の異なる部位ごとに、被毒状態は異なっている。どの部位に被毒しているかで、被毒物質の再生時における脱離量は異なり、また、どのような再生処理が適しているかも異なる。
【００１０】
本構成の被毒量推定部は、第１部材に被毒した被毒物質の量である第１被毒量および、第２部材に被毒した被毒物質の量である第２被毒量、のうち少なくともいずれかの被毒量を推定する。このように、部位を特定して被毒量を推定するため、被毒量の推定精度を向上させることができる。さらに、改質触媒に被毒した被毒物質を除去し、触媒機能を回復させる再生処理の前提として、被毒量推定部により推定された被毒量を用いることで、再生制御を過剰に行うことによる燃費の悪化や、再生不足による触媒性能の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による燃料改質装置の構成を模式的に示す全体図である。
【図２】改質触媒における水蒸気改質反応を模式的に示すモデル図である。
【図３】第１実施形態の燃料改質装置による再生制御に関する処理を示すフローチャート図である。
【図４】第１実施形態の燃料改質装置による被毒量推定に関する処理を示すフローチャート図である。
【図５】第１実施形態の燃料改質装置が被毒量を推定するときに用いる触媒金属における吸着速度を示すマップであり、（a）は触媒吸着量との関係を示す図であり、（ｂ）は改質触媒の温度との関係を示す図であり、（ｃ）は排気ガス流量との関係を示す図であり、（ｄ）は硫黄濃度との関係を示す図であり、（e）は酸素濃度との関係を示す図であり、（ｆ）は還元剤濃度との関係を示す図であり、（ｇ）は担体吸着量との関係を示す図である。
【図６】第１実施形態の燃料改質装置が被毒量を推定するときに用いる触媒金属における脱離速度を示すマップであり、（a）は触媒吸着量との関係を示す図であり、（ｂ）は改質触媒の温度との関係を示す図であり、（ｃ）は排気ガス流量との関係を示す図であり、（ｄ）は酸素濃度との関係を示す図であり、（e）は還元剤濃度との関係を示す図であり、（ｆ）は担体吸着量との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態の燃料改質装置が被毒量を推定するときに用いる担体における吸着速度を示すマップであり、（a）は担体吸着量との関係を示す図であり、（ｂ）は改質触媒の温度との関係を示す図であり、（ｃ）は排気ガス流量との関係を示す図であり、（ｄ）は硫黄濃度との関係を示す図であり、（e）は酸素濃度との関係を示す図であり、（ｆ）は還元剤濃度との関係を示す図であり、（ｇ）は触媒吸着量との関係を示す図である。
【図８】第１実施形態の燃料改質装置が被毒量を推定するときに用いる担体における脱離速度を示すマップであり、（a）は担体吸着量との関係を示す図であり、（ｂ）は改質触媒の温度との関係を示す図であり、（ｃ）は排気ガス流量との関係を示す図であり、（ｄ）は酸素濃度との関係を示す図であり、（e）は還元剤濃度との関係を示す図であり、（ｆ）は触媒吸着量との関係を示す図である。
【図９】第２実施形態による燃料改質装置の構成を模式的に示す全体図である。
【図１０】第２実施形態の燃料改質装置による再生制御に関する処理を示すフローチャート図である。
【図１１】第１実施形態の燃料改質装置が担体被毒量を推定するときに用いる水素生成量と担体被毒量との関係を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の構成について、図１を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料改質装置１は、内燃機関１０を備えた車両１００の一部に取り付けられており、内燃機関１０から排出された排気ガスの熱を回収し再利用するための装置である。燃料改質装置１は、炭化水素類からなる燃料を水蒸気により改質する水蒸気改質触媒である。
【００１３】
車両１００の構成について先に簡潔に説明する。車両１００は、内燃機関１０、吸気配管１１、排気配管１２、及びＥＧＲ配管１３等を備えている。吸気配管１１は、内燃機関１０に空気を供給するための配管である。排気配管１２は、内燃機関１０の気筒で生じた排気ガスを外部に排出するための配管である。排気配管１２の上流側端部は内燃機関１０に接続されている。
【００１４】
ＥＧＲ配管１３は、排気配管１２を通る排気ガスの一部を吸気配管１１に戻し、再び内燃機関１０に供給する所謂排気再循環を行うための配管である。ＥＧＲ配管１３の上流側端部は、排気配管１２のうち内燃機関１０の下流側に接続されている。ＥＧＲ配管１３の下流側端部は、吸気配管１１に接続されている。ＥＧＲ配管１３は、排気再循環流路を形成する。
【００１５】
ＥＧＲ配管１３には、上流側から順に、燃料改質装置１の一部である改質ユニット部２０、ＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲバルブ１５が設けられている。ＥＧＲクーラ１４は、高温の排気ガスを冷却し、予めその温度を下げてから吸気配管１１に供給するための冷却器である。ＥＧＲバルブ１５は、ＥＧＲ配管１３を通る排気ガスの流量を調整するための流量調整弁である。車両１００のＥＣＵ３０は、ＥＧＲバルブ１５の開度を調整することにより、排気配管１２を通る排気ガスのうちＥＧＲ配管１３に流入する排気ガスが占める割合、すなわちＥＧＲ率を調整する。
【００１６】
次に、燃料改質装置１の構成について説明する。燃料改質装置１は、改質ユニット部２０、制御部（以下、「ＥＣＵ」という）３０、燃料噴射用インジェクタ４１、温度センサ４２、流量センサ４３、硫黄濃度センサ４４、酸素濃度センサ４５等を備えている。
【００１７】
改質ユニット部２０は、ＥＧＲ配管１３のうちＥＧＲクーラ１４よりも上流側（排気配管１２側）の部分に設けられている。改質ユニット部２０は、ＥＧＲ配管１３に通じる空間が内部に形成されており、当該空間に改質触媒２１が充填された構成となっている。
【００１８】
改質触媒２１は、所謂「モノリス型」の触媒である。改質触媒２１には、ＥＧＲ配管１３の流路方向に沿って複数の格子状の流路が形成されており、それぞれの流路の内壁面に触媒金属が担持されている。図２に模式的に示すように、改質触媒２１は、担体２２と、担体２２に担持される触媒金属２３とで構成されている。担体２２は、例えばセリウム（Ｃｅ）やジルコニウム（Ｚｒ）で形成される。触媒金属２３は、例えばロジウム（Ｒｈ）や白金（Ｐｔ）で形成される。すなわち、担体２２と触媒金属２３とは異なる材料で形成されている。触媒金属２３は「第１部材」に相当し、担体２２は「第２部材」に相当する。
【００１９】
改質ユニット部２０には、改質触媒２１の温度を計測するための温度センサ４２が備えられている。改質触媒２１の温度は温度センサ４２によって測定され、ＥＣＵ３０に入力される。
【００２０】
改質ユニット部２０の上流には、燃料噴射用インジェクタ４１が設けられている。燃料噴射用インジェクタ４１は、内燃機関１０に設けられる図示しないインジェクタと同様に構成された電磁弁であって、改質触媒２１よりも上流側の空間に向けて燃料を噴射することが可能となっている。燃料噴射用インジェクタ４１の開閉動作、すなわち燃料の噴射は、後述のＥＣＵ３０によって制御される。
【００２１】
燃料噴射用インジェクタ４１からの燃料の噴射は、車両１００のＥＣＵ３０によってＥＧＲ制御が行われているとき、すなわち、ＥＧＲバルブ１５が開状態となってＥＧＲ配管１３を排気ガスが通っているときに行われる。燃料噴射用インジェクタ４１から燃料が噴射されると、改質ユニット部２０の内部では、排気ガスに含まれる水と燃料とが混合された状態で改質触媒２１に供給される。燃料噴射用インジェクタ４１は、「燃料噴射部」に相当する。
【００２２】
改質触媒２１は、通過する排気ガスによって加熱され高温となっている。高温となった改質触媒２１に水と燃料（炭化水素）が触れると、これらの間で水蒸気改質反応が生じ、水素と一酸化炭素が生成される。
【００２３】
排気ガスは、改質ユニット部２０を通過することによって水素含有ガスとなり、吸気配管１１に供給される。その後、水素含有ガス（排気ガス）は内燃機関１０の気筒に供給され、再び燃焼に供される。
【００２４】
改質ユニット部２０内で生じる水蒸気改質反応は、よく知られているように吸熱反応であるから、排気ガスは冷却されその温度を下げながら水素含有ガスとなっていく。つまり、改質ユニット部２０内では、排気ガスの熱エネルギーが水蒸気改質反応によって回収され、水素や一酸化炭素等の化学エネルギーに変換されている。燃料改質装置１は、排気ガスの熱エネルギーを回収して化学エネルギーに変換した後、当該化学エネルギーを再び内燃機関１０で利用することで、燃料のエネルギー利用効率を高めるものである。このような燃料改質装置１により、車両１００の燃費を向上させることができる。
【００２５】
改質触媒２１は、時間の経過とともに、被毒物質による被毒が生じることにより、徐々に劣化していく。その結果、水蒸気改質反応により生成される水素の量は次第に減少してしまう。そこで、触媒機能を損なうまで被毒が進んだ場合には、被毒物質を脱離させる再生処理を行うことで、改質触媒２１の性能を回復させる必要がある。具体的な処理については後述する。被毒物質とは、触媒の改質反応を抑制する物質であり、ここでは主に硫黄である。
【００２６】
流量センサ４３は、吸気配管１１内に設けられている。流量センサ４３は、内燃機関１０に吸入される吸気の流量を検出可能である。流量センサ４３は、検出した流量に対応する信号をＥＣＵ３０に伝送する。なお、内燃機関１０に吸入される吸気の流量と排気の流量とは、概ね同じである。
【００２７】
硫黄濃度センサ４４と酸素濃度センサ４５は、排気配管１２内に設けられている。硫黄濃度センサ４４は、排気ガス中の硫黄濃度を検出可能であり、検出した硫黄濃度に対応する信号をＥＣＵ３０に伝送する。酸素濃度センサ４５は、排気ガス中の酸素濃度を検出可能であり、検出した酸素濃度に対応する信号をＥＣＵ３０に伝送する。
【００２８】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースを備えたコンピュータシステムである。ＥＣＵ３０は、機能的な制御ブロックとして、被毒量推定部３１と、再生制御部３２とを備えている。なお、ＥＣＵ３０は、各センサ４２，４３，４４，４５からの出力信号を取得するとともに、改質触媒２１に被毒した被毒物質の量である被毒量を推定する被毒量推定制御、および、インジェクタによる噴射等を含む再生制御を実行する。詳しくは以下に詳述する。
【００２９】
［制御］
次に、燃料改質装置１による再生制御に関する処理について、図３に基づき説明する。この処理は、ＥＣＵ３０が実行する処理であって、改質触媒２１の被毒量を低減し改質触媒２１の性能を回復、すなわち、改質触媒２１を再生する被毒再生制御に関する処理である。
【００３０】
図３に示すように、Ｓ１０１で、ＥＣＵ３０は、改質触媒２１の状態を取得する。具体的には、改質触媒２１の状態として、担体２２上に被毒した被毒物質の量（以下、単に「担体被毒量」とする）、触媒金属２３上に被毒した被毒物質の量（以下、単に「触媒被毒量」とする）、温度センサ４２から伝送された信号に基づき改質触媒２１の温度等を取得する。なお、このステップで取得する担体被毒量および触媒被毒量の推定については、後述する。担体被毒量は「第２被毒量」に相当し、触媒被毒量は「第１被毒量」に相当する。
【００３１】
次に、Ｓ１０２で、ＥＣＵ３０は、各種センサ（流量センサ４３、硫黄濃度センサ４４、及び酸素濃度センサ４５等）から伝送された信号に基づき、排気ガス条件を取得する。排気ガス条件とは、例えば、排気ガス流量、硫黄濃度、酸素濃度、還元剤濃度などである。なお、還元剤濃度は、改質ユニット部２０の入口に濃度センサを設けてセンサにより計測しても良いし、還元剤の供給量から計算しても良い。
【００３２】
次に、Ｓ１０３で、ＥＣＵ３０は、触媒被毒量が第１閾値θｓ以下であるか否かを判断する。触媒被毒量の推定についての詳細は後述する。Ｓ１０３で、触媒被毒量が第１閾値θｓ以下ではない、つまり、被毒量が第１閾値θｓより多いと判断した場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０４に進み、ＥＣＵ３０は、触媒再生制御を実行する。第１閾値θｓは、例えば触媒金属２３への被毒物質の被毒量として許容できる最大の値に予め設定されている。
【００３３】
本実施形態における触媒再生制御は、車両１００のＥＣＵ３０への通信により内燃機関１０における空燃比を一時的にリーンな状態とする処理となっている。改質触媒２１には、通常時よりも多量の酸素が到達するようになるため、触媒金属２３を覆う炭素や硫黄等が酸素との反応により除去される。これにより、触媒金属２３の改質性能が回復し、水蒸気改質反応が多く生じるようになる。Ｓ１０４の触媒再生処理が行われた後は、図３に示される一連の処理を終了する。
【００３４】
一方、Ｓ１０３で、触媒被毒量が第１閾値θｓ以下であると判断した場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０５に進み、ＥＣＵ３０は、続いて担体被毒量が第２閾値θｔ以上であるか否かを判断する。担体被毒量が第２閾値θｔ以上である場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６に進み、ＥＣＵ３０は、担体再生制御を実行する。第２閾値θｔは、例えば担体２２への被毒物質の被毒量として許容できる最大の値に予め設定されている。
【００３５】
本実施形態における担体再生制御は、燃料噴射用インジェクタ４１により燃料を供給する処理となっている。燃料を供給することで還元剤濃度が高くなり、酸素還元が促進され、硫黄脱離が促進される。Ｓ１０６の担体再生処理が行われた後は、図３に示される一連の処理を終了する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ３０による、改質触媒２１への被毒物質の被毒量の推定に関する処理について、図４に基づき説明する。この処理は、ＥＣＵ３０が実行する処理であって、触媒被毒量および担体被毒量を推定する。Ｓ２０１で、ＥＣＵ３０は、改質触媒２１の状態を取得する。具体的には、改質触媒２１の温度、触媒金属２３へ付着した硫黄酸化物（ＳＯx）等の量であって前回取得された触媒吸着量、担体２２へ付着した硫黄酸化物（ＳＯx）等の量であって前回取得された担体吸着量、さらに、触媒被毒量の前回値、担体被毒量の前回値等を取得する。各吸着量及び各被毒量の前回値は、例えばＥＣＵ３０のＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ等に記憶されている。Ｓ２０１の後、Ｓ２０２で、ＥＣＵ３０は、排気ガス条件を取得する。このＳ２０２の処理は、上記Ｓ１０２の処理と同様に行われる。
【００３７】
次いで、Ｓ２０３で、変化量としての触媒吸着量、触媒脱離量（＝触媒上での被毒物質の脱離量）、担体吸着量、担体脱離量（＝担体上での被毒物質の脱離量）をそれぞれ算出する。被毒量は、被毒物質の吸着と脱離のバランスによって変わってくる。各吸着量および各脱離量は、内燃機関１０の運転条件毎のマップ、理論式、モデル等に基づき、算出する。より詳細には、触媒吸着量は、例えば図５（ａ）〜（ｇ）に示す各マップを基に、下記式１で算出する。
吸着量＝Π（吸着速度）×Δｔ  ・・・式１
【００３８】
式１において、Πは総乗であり、Δｔは離散時間である。図５（ａ）に示すように、被毒物質の吸着量が多いほど、被毒物質は吸着しにくくなるため、吸着速度は速くなっている。図５（ｆ）に示すように、触媒金属２３上では、還元剤濃度が高いほど吸着速度は速くなっている。また、図５（ｇ）に示すように、担体吸着量が多いほど吸着速度は速くなっている。なお、触媒金属２３上での被毒物質の吸着および脱離と、担体２２上での被毒物質の吸着および脱離との関係については後述する。
【００３９】
触媒金属２３上の脱離量についても吸着量と同様に対応する。触媒脱離量は、例えば図６（ａ）〜（ｆ）に示す各マップを基に、下記式２で算出する。
脱離量＝Π（脱離速度）×Δｔ  ・・・式２
【００４０】
式２において、Πは総乗であり、Δｔは離散時間である。図６（ｄ）に示すように、触媒金属２３上では、酸素濃度が高いほど脱離速度は速くなっている。
【００４１】
担体吸着量は、例えば図７（ａ）〜（ｇ）に示す各マップを基に上記式１により算出する。図７（ｅ）に示すように、担体２２上では、酸素濃度が高いほど吸着速度は速くなっている。担体脱離量は、例えば図８（ａ）〜（ｆ）に示す各マップを基に上記式２により算出する。図８（ｅ）に示すように、担体２２上では、還元剤濃度が高いほど脱離速度は速くなっている。また、図８（ｆ）に示すように、担体２２上では、触媒吸着量が多いほど脱離速度は遅くなっている。なお、図５〜図８の各マップにおける横軸のパラメータは、センサ等で計測しても良いし、内燃機関１０の運転条件毎に予め備えたマップ等で推定しても良い。
【００４２】
再び、図４を参照する。Ｓ２０３の処理の後、ＥＣＵ３０は、Ｓ２０４で、現在の触媒被毒量及び担体被毒量を更新する。現在の触媒被毒量は、Ｓ２０１で取得した前回の触媒被毒量、Ｓ２０３で算出された変化量としての触媒吸着量及び触媒脱離量に基づいて求められる。同様に、現在の担体被毒量は、Ｓ２０１で取得した前回の担体被毒量、Ｓ２０３で算出された変化量としての担体吸着量及び担体脱離量に基づいて求められる。更新された各被毒量はＥＣＵ３０のＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ等に記憶される。Ｓ２０４で更新された各被毒量は、図３に示す次回の被毒再生制御におけるＳ１０１で取得され、Ｓ１０３，Ｓ１０５で利用される。
【００４３】
上記詳述した燃料改質装置１の効果を説明するにあたり、改質触媒２１での被毒物質の吸着および脱離について説明する。例えば、図６（ｄ）に示すように、触媒金属２３上では、酸素供給により硫黄の酸化反応が促進されるため、酸素濃度が増えるほど脱離速度は速くなっており、硫黄の脱離が促進される。
【００４４】
一方、担体２２上では、四酸化硫黄（ＳＯ4）からの脱離になるため、図８（ｄ）に示すように、酸素供給により酸素濃度が増えるほど脱離速度は遅くなっており、脱離が抑制される。そして、担体２２上では、酸素供給により二酸化硫黄（ＳＯ2）から四酸化硫黄への反応が促進されるため、図７（ｅ）に示すように、酸素濃度が増えるほど吸着速度は速くなり、吸着が促進される。
【００４５】
一般に、酸素供給で硫黄が容易に脱離する触媒金属２３は、「脱離しやすい」と言うことができる。一方、担体２２は、四酸化硫黄からの脱離になるため、再生処理時には、排気ガス中の酸素を全て取り除き、さらに還元剤を加える処理が必要であり、「脱離しにくい」と言うことができる。そして、担体再生処理の方が、触媒再生処理に比べて燃費の悪化等に直結するため、負担が大きい処理となる。
【００４６】
また、図５（ｆ）に示すように、触媒金属２３上では、還元剤濃度が高いほど、二酸化硫黄から酸素が還元されるため、吸着速度は速くなっており、吸着が促進される。一方、図８(ｅ)に示すように、担体２２上では、還元剤濃度が高いほど、四酸化硫黄から二酸化硫黄への反応が促進されるため、脱離速度は速くなっており、脱離が促進される。
【００４７】
また、担体２２と触媒金属２３におけるそれぞれの被毒物質の吸着状態によっても、その相互作用により吸着量と脱離量は変わってくる。触媒金属２３上では、図５（ｇ）に示すように、担体２２での被毒物質の吸着量が多いほど、担体２２から脱離したＳＯXが移動することにより、吸着速度は速くなっており、吸着が促進される。一方、担体２２上では、図８（ｆ）に示すように、触媒吸着量が多いほど、触媒経由の還元剤移動が阻害されるため、脱離速度は遅くなっており脱離が抑制される。
【００４８】
このように、触媒金属２３と担体２２での被毒状態の相互作用により、改質触媒全体を見たときに同じ被毒量であっても、どの部位にどの程度被毒しているかの違いにより、再生処理時の実際の被毒物質の脱離量は異なる。
【００４９】
［効果］
（１）本実施形態では、触媒金属２３に被毒した被毒物質の量である「触媒被毒量」と、担体２２に被毒した被毒物質の量である「担体被毒量」という二つの被毒量を推定している。すなわち、単に「改質触媒２１の被毒量」として単一のパラメータを用いるのではなく、改質触媒２１を構成する複数の部位ごとの被毒状態を把握した上で、再生制御を選択的に実施するようにしている。
【００５０】
このように、触媒金属２３と担体２２とにおける部位ごとの被毒量を推定することで、被毒量の推定精度を向上させることができる。ひいては、再生制御を過剰に行うことによる燃費の悪化や、再生不足による触媒性能の低下を回避することができる。
【００５１】
（２）本実施形態では、図３のＳ１０３に示すように、まずは触媒被毒量について第１閾値θｓ以下であるか否かを判断しており、触媒被毒量が第１閾値θｓより多い場合にはＳ１０４で触媒金属２３における再生処理をまず実施する。すなわち、触媒再生処理は、担体再生処理よりも優先して行われ、触媒再生処理を行った場合には担体再生処理は行わず、一旦処理を終了する。
【００５２】
このように、触媒再生処理と担体再生処理を同時に行うことはなく、まずは、比較的負担の少ない触媒再生処理が選択されるため、燃費の悪化を極力抑制することができる。
【００５３】
（３）本実施形態では、触媒被毒量が第１閾値θｓ以下であって触媒再生処理が行われない場合にのみ、Ｓ１０５で担体被毒量を参酌した上で、担体被毒量が第２閾値θｔ以上である場合に、Ｓ１０６で担体再生処理を実施するようにしている。
【００５４】
このように、まずは、比較的負担の少ない触媒再生処理が選択され、比較的負担の大きい担体再生処理は必要最低限に抑えられるため、燃費の悪化を極力抑制することができる。さらに、改質触媒２１を構成する部位ごとの被毒物質の脱離し易さに応じた再生制御の内容を選択することで、さらに効率的な再生制御を行うことができる。
【００５５】
（４）本実施形態では、各被毒量の推定に際し、図５（ｇ）、図６（ｆ）、図７（ｇ）、図８（ｆ）に示すように、触媒金属２３と担体２２それぞれにおける被毒物質の吸着量と脱離量に基づいて、各被毒量を推定している。すなわち、触媒金属２３と担体２２における被毒状態に関する相互作用の影響を考慮して被毒量を推定しており、被毒量の推定精度を向上させることができる。
【００５６】
〈第２実施形態〉
［構成］
次に、本発明の第２実施形態の燃料改質装置２について、図９〜図１１を参照して説明する。まず、第２実施形態の燃料改質装置２の構成について図９を参照する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図９に示すように、第２実施形態の燃料改質装置２では、第１実施形態の燃料改質装置１に対し、エアインジェクタ４６、水素センサ４７をさらに備えている点が異なる。
【００５７】
エアインジェクタ４６は、ＥＧＲ配管１３において改質ユニット部２０の上流に設けられている。エアインジェクタ４６は、燃料噴射用インジェクタ４１と同様に構成された電磁弁であって、改質触媒２１よりも上流側の空間に向けてエアを噴射することが可能となっている。エアの噴射は、ＥＣＵ３０によって制御される。
【００５８】
エアの噴射は、触媒金属再生処理時に酸素濃度を増加させるために行われる。エアインジェクタ４６からエアが噴射されると、改質ユニット部２０の内部ではエアが改質触媒２１に供給される。エアインジェクタ４６は、「エア供給部」に相当する。
【００５９】
水素センサ４７は、ＥＧＲ配管１３において改質ユニット部２０の下流に設けられている。水素センサ４７は、改質ユニット部２０での水蒸気改質反応で生成された水素生成量を検出可能である。水素センサ４７は、検出した水素生成量に対応する信号をＥＣＵ３０に伝送する。水素センサ４７は、「水素生成量取得部」に相当する。
【００６０】
［制御］
次に、第２実施形態の燃料改質装置２が実行する、担体被毒量の推定および被毒再生制御に関する処理について、図１０を参照して説明する。図１０に示すように、ＥＣＵ３０は、Ｓ３０１で、水素センサ４７から伝送された信号に基づき、水素生成量を取得する。次いで、Ｓ３０２で、水素生成量が水素閾値Ａ以下であるか否かを判断する。
【００６１】
Ｓ３０２で、水素生成量が水素閾値Ａ以下ではない、つまり、水素生成量が水素閾値Ａより多く、十分な水素量が生成されていると判断した場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、再生処理は不要であるため一連の処理を終了する。水素閾値Ａは、運転条件毎にマップとして記憶されており、例えば水蒸気改質反応として生成される水素量として、十分な改質性能であると許容できる最低限の値に予め設定されている。
【００６２】
Ｓ３０２で、水素生成量が水素閾値Ａ以下であると判断した場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、Ｓ３０３に進み、ＥＣＵ３０は、酸素濃度を増加させる触媒再生制御を実行する。本実施形態における触媒再生制御は、エアインジェクタ４６によりエア噴射を行う処理となっている。このＳ３０３の処理により、触媒金属２３上の被毒物質が除去される。このＳ３０３の処理の終了判断は、触媒金属２３上の被毒物質が脱離するのをセンサ等で計測することで行っても良いし、予め脱離に必要な時間を運転条件毎にマップとして持たせ、その値を使用しても良い。
【００６３】
次いで、Ｓ３０４で、ＥＣＵ３０は、再び水素生成量を取得する。次に、Ｓ３０５で、ＥＣＵ３０は、担体被毒量を推定する。担体被毒量は、図１１に示すマップにより推定する。図１１に示すように、水素生成量が多いほど、担体被毒量は少ないと推定される。次いで、Ｓ３０６で、ＥＣＵ３０は、担体被毒量が担体閾値θｕ以上であるか否かを判断する。担体閾値θｕは、例えば担体２２への被毒物質の被毒量として許容できる最大の値に予め設定されており、第１実施形態における第２閾値θｔと同じでも良いし異なっていても良い。
【００６４】
そして、担体被毒量が担体閾値θｕ以上であると判断した場合に（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、Ｓ３０７に進み、担体再生制御を実行する。担体再生制御は、第１実施形態と同様に、燃料噴射用インジェクタ４１により燃料を供給することで実施される。
【００６５】
本実施形態では、まずエアインジェクタ４６によりエア噴射を行う（Ｓ３０３）ことで、触媒金属２３上の被毒物質を脱離させ、そのときの水素生成量を水素センサ４７で計測する（Ｓ３０４）ことにより、担体被毒量を推定している（Ｓ３０５）。Ｓ３０３での触媒再生制御により触媒金属２３上の被毒物質は除去されており、担体２２上の被毒の程度が軽ければ、触媒再生制御後のＳ３０４では十分な水素生成量が得られるはずである。にもかかわらず、水素生成量が少ない場合には、担体２２上に被毒物質が顕著に吸着していることになる。
【００６６】
［効果］
本実施形態のように、水素センサ４７を用いることで、制御が容易となり、かつ正確に担体被毒量を推定することができる。さらに、本実施形態においても、まず触媒再生処理を実施し、その後、担体再生処理が必要かどうかを担体被毒量に基づき決定しているため、負担の大きい担体再生制御が極力実施されず、効率的な再生制御が可能である。
【００６７】
〈他の実施形態〉
上記第１実施形態では、改質触媒２１中に設けた温度センサ４２から伝送された信号に基づき改質触媒２１の温度を取得した。これに代えて、ＥＧＲ配管１３において改質ユニット部２０の上流側と下流側に温度センサを設けて、その検出温度の差から改質触媒２１の温度を推定しても良いし、その他の物理・化学モデルにより推定しても良い。
【００６８】
上記各実施形態における担体再生処理は、燃料噴射用インジェクタ４１による燃料噴射としたが、その他、改質触媒２１で生成された生成水素を再び改質ユニット部２０の入口に導入するようにしても良い。
【００６９】
上記各実施形態において、触媒再生処理は、第１実施形態のリーン燃焼、第２実施形態のエアインジェクタ４６によるエア噴射の他、内燃機関１０の気筒に対する燃料供給の一時的な停止（燃料カット）等によって行われてもよい。
【００７０】
上記各実施形態における改質触媒２１は、担体２２と触媒金属２３とにより構成されるものとしたが、この構成に限らず、材料が異なる複数の部材から構成されており、燃料改質装置として部材における被毒量を推定するものであれば良い。また、水蒸気改質触媒にも限定されない。
【００７１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１        ・・・燃料改質装置
１０      ・・・内燃機関
２０      ・・・改質ユニット部
２１      ・・・改質触媒
２２      ・・・担体（第２部材）
２３      ・・・触媒金属（第１部材）
３０      ・・・ＥＣＵ（制御部）
３１      ・・・被毒量推定部
３２      ・・・再生制御部
４１      ・・・燃料噴射用インジェクタ（燃料噴射部）
１００    ・・・車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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