(57)【要約】【課題】  排気ガスの熱を効果的に利用することにより、改質触媒の暖機と水タンクの解凍を両立しながら効率よく完了させて、早期に改質触媒による水素生成を開始できる燃料改質装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  内燃機関Ｅの排気ガス通路１０を改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂに分岐して、改質触媒１を改質触媒側排気ガス通路１０Ａ上に、また水タンク２を水タンク側排気ガス通路１０Ｂ上に配置する。改質触媒１と水タンク２の温度に基づいて、改質触媒１が目標改質触媒温度（活性化温度）に到達する目標触媒温度達成時間Ｔｃと、水タンク２が目標水タンク温度（解凍温度）に到達する目標水タンク温度達成時間Ｔｗを推定し、Ｔｃ＝Ｔｗとなるように、改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの排気ガスの流量割合を、排気ガス流量調整バルブ１２により調整する。【選択図】      図１
2020200815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、
前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと
を備えた燃料改質装置を制御する燃料改質装置の制御方法において、
前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得ステップと、
前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得ステップと、
前記改質触媒温度取得ステップで取得した改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定ステップと、
前記水タンク温度取得ステップで取得した水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定ステップと、
前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較ステップと、
前記温度上昇速度比較ステップでの比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御ステップと
を備えた燃料改質装置の制御方法。
【請求項２】
内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、
前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、
前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと、
前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得手段と、
前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得手段と、
前記改質触媒温度取得手段により取得された改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定手段と、
前記水タンク温度取得手段により取得された水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定手段と、
前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較手段と、
前記温度上昇速度比較手段による比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御手段と
を備えた燃料改質装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料改質装置において、
前記改質触媒側排気ガス通路と前記水タンク用排気ガス通路は、前記内燃機関の排気ガス通路の一部を構成するように並列に設けられており、
前記改質触媒よりも下流に位置するように前記排気ガス通路上に配置された排気浄化触媒を備え、
前記水タンク用排気ガス通路は、前記改質触媒よりも上流において前記改質触媒側排気ガス通路と分岐するとともに、前記改質触媒の下流かつ前記排気浄化触媒の上流において前記改質触媒側排気ガス通路と合流するようになっている燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に供給される燃料を改質するための燃料改質装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に用いられる内燃機関の熱効率向上技術の１つとして、燃焼室に供給される吸気に水素を含ませることにより燃料の着火性を高めるようにした技術がある。このように吸気に水素を含ませるための手法としては、排気ガスの熱を利用してガソリン燃料と水とを水素生成用の改質触媒で化学反応させる手段が知られている。このような手段を実現するため、車両には、改質触媒に供給される水が貯留される水タンクが設けられることになるが、このような構成を採用した場合、特に冬季や寒冷地においては、水タンク内の水が凍結してしまう懸念がある。そこで、このような問題点に対応するための技術として、例えば特許文献１（特表２００２−５２７６６０号公報）には、尿素溶液の凍結を防止したり、気化時間を短縮したりするために尿素溶液温度を適温に維持するための電気ヒータを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５２７６６０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、水タンク凍結防止のために電気ヒータを使用すると、バッテリー残量が減ることで、他の電装部品の作動に悪影響が及ぶ懸念がある。そこで、排気ガスの熱を利用して凍結した水を解凍することが考えられるが、排気ガスの熱は水素生成用の触媒を活性温度に維持するためにも利用されているため、水タンク解凍のためにだけ無条件に利用することはできない。すなわち、熱効率向上の観点で、水素生成用触媒の暖機と水タンクの解凍を両立しながら最短時間で行って早期に改質触媒による水素生成を開始できるようにすることが求められる。
【０００５】
本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、排気ガスの熱を効果的に利用することにより、改質触媒の暖機と水タンクの解凍を両立しながら効率よく完了させて、早期に改質触媒による水素生成を開始できる燃料改質装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと
を備えた燃料改質装置を制御する燃料改質装置の制御方法において、前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得ステップと、前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得ステップと、前記改質触媒温度取得ステップで取得した改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定ステップと、前記水タンク温度取得ステップで取得した水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定ステップと、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較ステップと、前記温度上昇速度比較ステップでの比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御ステップとを備えた。
【０００７】
上記解決手法によれば、改質触媒及び水タンクの温度から推定された目標触媒温度達成時間と目標水タンク温度達成時間が互いに近づいていくように、改質触媒側排気ガス通路と水タンク側排気ガス通路を流れる排気ガスの流量割合が、内燃機関の運転状態に応じて最適化され続けるので、改質触媒と水タンクを、ほぼ同時に目標温度（最適温度）に到達するようにできる。したがって、改質触媒と水タンク内の水のいずれか一方が遅れて目標温度に到達することによる遅れを生じることなく、燃料改質装置を最短の時間で作動（水素生成）を開始するように制御できる。また、このために、排気ガスの熱のみが利用されるので、電気ヒータ等で電力が消費されてしまうことはなく、燃費の低下や他の電装部品への悪影響が生じないようにできる。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、内燃機関に供給される燃料の水蒸気改質反応を促進させるための改質触媒と、前記改質触媒に供給される水を収容する水タンクと、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記改質触媒に与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記改質触媒側に流す改質触媒側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの熱が前記水タンクに与えられるように、前記内燃機関からの排気ガスを前記水タンク側に流す水タンク側排気ガス通路と、前記内燃機関からの排気ガスの前記改質触媒側排気ガス通路への流通量と前記水タンク側排気ガス通路へ流通量を調整する排気ガス流量調整バルブと、前記改質触媒の温度を取得する改質触媒温度取得手段と、前記水タンクの温度を取得する水タンク温度取得手段と、前記改質触媒温度取得手段により取得された改質触媒の温度が予め設定された目標触媒温度よりも低い場合に、前記改質触媒の温度が前記目標触媒温度に到達するまでに要する目標触媒温度達成時間を推定する触媒温度上昇速度推定手段と、前記水タンク温度取得手段により取得された水タンクの温度が予め設定された目標水タンク温度よりも低い場合に、前記水タンクの温度が前記目標水タンク温度に到達するまでに要する目標水タンク温度達成時間を推定する水タンク温度上昇速度推定手段と、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間を比較する温度上昇速度比較手段と、前記温度上昇速度比較手段による比較結果に基づいて、前記目標触媒温度達成時間と前記目標水タンク温度達成時間が互いに近づくように、前記排気ガス流量調整バルブを制御するバルブ制御手段とを備えた。
【０００９】
上記解決手法によれば、改質触媒及び水タンクの温度から推定された目標触媒温度達成時間と目標水タンク温度達成時間が互いに近づいていくように、改質触媒側排気ガス通路と水タンク側排気ガス通路を流れる排気ガスの流量割合が、内燃機関の運転状態に応じて最適化され続けるので、改質触媒と水タンクは、ほぼ同時に目標温度（最適温度）に到達するようにできる。したがって、改質触媒と水タンク内の水のいずれか一方が遅れて目標温度に到達することによる遅れを生じることなく、最短の時間で作動（水素生成）を開始する燃料改質装置を構成することができる。また、このために、排気ガスの熱のみが利用されるので、電気ヒータ等で電力が消費されてしまうことはなく、燃費の低下や他の電装部品への悪影響が生じないようにできる。
【００１０】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３以下に記載の通りである。すなわち、前記改質触媒側排気ガス通路と前記水タンク用排気ガス通路は、前記内燃機関の排気ガス通路の一部を構成するように並列に設けられており、前記改質触媒よりも下流に位置するように前記排気ガス通路上に配置された排気浄化触媒を備え、前記水タンク用排気ガス通路は、前記改質触媒よりも上流において前記改質触媒側排気ガス通路と分岐するとともに、前記改質触媒の下流かつ前記排気浄化触媒の上流において前記改質触媒側排気ガス通路と合流するようになっている（請求項３対応）。この場合、改質触媒及び水タンクは、いずれも排気浄化触媒よりも上流に設けられるので、排気ガス温度が改質触媒及び水タンクに供給される前に排気浄化触媒によって低下してしまうことはなく、改質触媒及び水タンクには高温の排気ガスが供給される。よって、改質触媒及び水タンクの温度を早期に上昇させていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の燃料改質装置の構成の一例を示す構成図。
【図２】本発明の制御系の一例を示すブロック構成図。
【図３】本発明の制御の一例を示すタイミングチャート。
【図４】本発明の制御の一例を示すタイミングチャート。
【図５】本発明の制御の一例の制御手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１には、本発明の一実施形態における燃料改質制御装置を含む車両の一部の構成を示す。また、図２には、本実施形態における制御系の構成を示す。
【００１４】
図示されるように、燃料改質装置は、燃料改質用の水素を生成するための改質触媒１（改質器）と、改質触媒１に供給される水を貯留している水タンク２とを備えている。改質触媒１は、内燃機関Ｅに至る改質ガス供給通路３上に設けられており、改質ガス供給通路３に対して燃料タンク４からの燃料と水タンク２からの水が供給されることにより、改質触媒１と水の化学反応により水素が生成され、水素を含む燃料ガスが内燃機関Ｅに供給されるようになっている。
【００１５】
改質触媒１の温度と水タンク２内のタンク水温度は、それぞれ触媒温度センサ５と水タンク温度センサ６で検出され、これらの検出値がコントローラＵに入力されるようになっている。また、燃料タンク４からの燃料供給量と、水タンク２からの水供給量は、コントローラＵで制御されるようになっている。また、改質ガス供給通路３は、内燃機関Ｅの吸気ポート７に接続されて、改質触媒１で改質された燃料、すなわち水素ガスやＣＯを含む改質ガスが流通するようになっており、吸気ポート７への燃料供給（改質ガスの供給）は、改質ガス供給量調整弁８で制御されるようになっている。
【００１６】
改質触媒１及び水タンク２は、内燃機関Ｅの排気ガス通路１０上に配置されている。詳しく説明すると、排気ガス通路１０は、改質触媒１の上流側で、改質触媒側排気ガス通路１０Ａ、水タンク側排気ガス通路１０Ｂ、改質前燃料供給通路１３に分岐しており、改質触媒１は改質触媒側排気ガス通路１０Ａに、水タンク２は水タンク側排気ガス通路１０Ｂ上に、それぞれ配置されている。また、改質触媒１には、排気ガスの熱を受け取るための熱交換機構が、また水タンク２には、排気ガス熱を利用した昇温機構２Ａが、それぞれ設けられている。これにより、排気ガス通路１０上の排気ガスの熱が、熱交換により改質触媒１及び水タンク２に付与され得るようになっている。改質前燃料供給通路１３は、排気ガス通路１０を流れていた排気ガスの一部を改質触媒１に供給するための通路であり、ガソリンタンクとも接続されて、通路内にガソリン燃料を供給可能に構成されており、通路内を流れる排気ガスに乗せてガソリン燃料を改質触媒に供給できるようになっている。
改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂは、改質触媒１の下流側で再び合流して、再び１本の排気ガス通路１０を構成している。排気ガス通路１０には、改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂの合流地点よりも下流に位置するように、排気ガス浄化のための排気浄化触媒１１が設けられている。このように、改質触媒１及び水タンク２は排気浄化触媒１１よりも上流に設けられるので、内燃機関Ｅを始動した直後のように比較的排気ガス温度が低く、排気浄化触媒１１を通過することによる排気ガス温度昇温効果が得にくい状況であっても、改質触媒１及び水タンク２には内燃機関Ｅを出てすぐの、できるだけ高温の排気ガスが供給される。したがって、触媒温度及びタンク水温を、排気ガスの熱により早期に上昇させていくことができる。
【００１７】
排気ガス通路１０から水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの分岐部には、排気ガス流量調整バルブ１２が設けられており、この排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度（スロットル開度）にしたがって、排気ガス通路１０から改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの排気ガスの流入量（流量割合）が変更されるようになっている。例えば本実施形態では、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度が全開であれば、排気ガス通路１０を流通する排気ガスが改質触媒側排気ガス通路１０Ａ及び水タンク側排気ガス通路１０Ｂを流れる一方で、バルブ開度が小さくなるにしたがって、水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの排気ガスの流入量が減少していくようになっている。なお、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度は、コントローラＵにより制御される。
【００１８】
ここで、本実施例では、排気ガス流量調整バルブ１２を水タンク側排気ガス通路１０Ｂ上にのみ設けている。改質触媒１が排気ガスにとって抵抗にもなるため、水タンク側排気ガス通路１０Ｂを改質触媒１よりも管路抵抗が小さくなるように構成しておくことで、水タンク側排気ガス通路１０Ｂ上にのみ設けた排気ガス流量調整バルブ１２の開度調整だけで、改質触媒側排気ガス通路１０Ａ及び水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流量をコントロールできるが、水タンク側排気ガス通路１０Ｂを改質触媒１よりも管路抵抗の小さい通路にすることが難しい場合には、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの改質触媒１よりも上流且つ、水タンク側排気ガス通路１０Ｂが分岐した部分よりも下流側に追加の排気ガス流量調整バルブ（図示しない）を設けても良い。
【００１９】
コントローラＵは、マイクロコンピュータを利用して構成された制御装置（電子コントロールユニット：ＥＣＵ）であり、処理手段（プログラム）として、触媒温度上昇速度推定手段２１と、水タンク温度上昇速度推定手段２２と、温度上昇速度比較手段２３と、バルブ制御手段２４を備えている。
【００２０】
触媒温度上昇速度推定手段２１は、触媒温度センサ５により検出された改質触媒１の温度θｃと、内燃機関Ｅを指導してから改質触媒１の温度を測定するまでの期間、または直前の改質触媒１の温度を測定した時期と今回の改質触媒１の温度を測定した時期との差分（以下に記述する所定の調整間隔ｔ）とに基づいて、改質触媒１が、排気ガスの熱により暖められることにより、所定の目標温度（目標触媒温度）に到達するまでに要する時間（目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ）を算出（推定）する。目標触媒温度としては、改質触媒１と水の化学反応に適切な温度（活性化温度）が設定される。（具体的には、例えば６００℃が設定される）。また、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃの算出は、所定の調整間隔ｔ（排気ガス流量調整バブル１２が一定のスロットル開度を保った状態で連続運転が行なわれる一定時間幅）毎に繰り返され、更新されるようになっている。
【００２１】
水タンク温度上昇速度推定手段２２は、水タンク温度センサ６により検出された水タンク２内の水の温度θｗと、内燃機関Ｅを指導してから水タンク２の温度を測定するまでの期間、または直前の水タンク２の温度を測定した時期と今回の水タンク２の温度を測定した時期との差分（以下に記述する調整間隔ｔ）とに基づいて、水タンク２が、排気ガスの熱により暖められることにより、所定の目標温度（目標水タンク温度）に到達するまでに要する時間（目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ）を算出（推定）する。目標水タンク温度としては、水タンク２内の水の少なくとも一部が解凍されて利用可能となる温度（例えば０℃）が設定される。また、目標水タンク温度到達達成時間Ｔｃの算出は、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃの算出と同様に、調整間隔ｔ毎に繰り返され、更新される。
【００２２】
温度上昇速度比較手段２３は、触媒温度上昇速度推定手段２１により推定された目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと、水タンク温度上昇速度推定手段２２により推定された目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗを比較して、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが等しいか、或いは、いずれかが大きいかを判定する。
【００２３】
バルブ制御手段２４は、温度上昇速度比較手段２３の比較結果に基づいて、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが等しくなるように（すなわち、改質触媒１と水タンク２が、同時に目標温度に到達するように）、または、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗとの差分が所定のターゲット時間Ｔｔ以下となるように、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度を調整する。
【００２４】
具体的に、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが等しい場合には、その状態（車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ１２の開度）が継続されれば、改質触媒１と水タンク２がほぼ同時に目標温度に達すると予測されるので、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度をその時点の開度に保ち、触媒温度と水タンク温度の上昇速度をそのまま維持する。
【００２５】
一方、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃが目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗよりも大きい場合には、その状態が継続されると、改質触媒１が目標温度に到達する時期が、水タンク２が目標温度に到達する時期に対して遅れてしまうと予測されるので、排気ガス流量調整バルブ１２の開度を小さく変更することにより、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの排気ガス流通量を増やし、水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流通量を減らす。これにより、改質触媒１の触媒温度の上昇速度が速められ、また水タンク２のタンク水温の上昇速度は遅くされるので、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃは短くなり、また目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗは長くなる。この結果、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗは、互いに近づいていくように制御される。
【００２６】
逆に、目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗよりも目標触媒温度到達達成時間Ｔｃが大きい場合には、その状態が継続されると、水タンク２が目標温度に到達する時期が、改質触媒１が目標温度に到達する時期に対して遅れてしまうと予測されるので、排気ガス流量調整バルブ１２の開度を大きく変更することにより、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの排気ガス流通量を減らし、水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流通量を増やす。これにより、改質触媒１の触媒温度の上昇速度は遅くされ、また水タンク２のタンク水温の上昇速度は速められるので、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃは長くなり、また目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗは短くなる。この結果、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗは互いに近づいていくように制御される。
【００２７】
以上のように、本実施形態の燃料改質装置によれば、所定の調整間隔ｔ毎に、その時点の状態（車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ１２の開度）に基づく目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが算出され、算出された目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが互いに近づくように、排気ガス流量調整バルブ１２の開度が調整されていく。すなわち、改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの排気ガスの流量割合は、ドライバーのアクセル操作などによって常時変化する内燃機関Ｅの運転状態に対応して最適化が繰り返され、改質触媒１と水タンクが目標温度に到達するまで調整され続けていく。この結果、最終的に、改質触媒１と水タンク２は、ほぼ時間差なく目標温度に到達するように制御される。
【００２８】
このように、改質触媒１と水タンク２内の水は、最小限の時間差で化学反応（水素生成）のための適温となる（改質触媒１の暖機と水タンク２内の水の解凍がほぼ同時に完了する）ので、いずれか一方が適温となるのが遅れて、このタイムラグによって燃料改質装置の作動開始時期が遅れてしまうことが抑制される。よって、燃料改質装置は、達成し得る最短の時間で、適切な作動（水素生成）を開始することができる。
【００２９】
次に、図３及び図４のタイミングチャートにしたがって、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗの算出及びこれらの算出に基づく排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度の制御について、さらに詳しく説明する。
【００３０】
図３には、（エンジン始動から）最初の調整間隔ｔにおける改質触媒１及び水タンク２の温度変化及び目標温度到達達成時間の算出を示す。この最初の調整間隔ｔにおいて、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度（スロットル開度）は、そのときの気温に応じた所定値である初期開度Φ０に設定されている。これにより、初期開度Φ０によって決まる改質触媒側排気ガス通路１０Ａと水タンク側排気ガス通路１０Ｂへの排気ガスの流量割合にしたがって、改質触媒１及び水タンク２が暖められ、各々の温度が上昇していく。
【００３１】
このようにして、最初の調整間隔ｔが経過すると、改質触媒１の温度はθｃ１に、水タンク２の水温はθｗ１に、それぞれ上昇し、これらの温度が、それぞれ触媒温度センサ５と水タンク温度センサ６により検出される。
【００３２】
改質触媒温度上昇速度推定手段２１は、改質触媒１の温度が調整間隔ｔの間に初期温度（例えば−２０℃）から温度θｃ１まで上昇したことに基づいて、この状態（車両の運転状態及び排気ガス流量調整バルブ１２の開度）が今後も継続して、触媒温度が同じペース（傾き）で上昇していった場合に、触媒温度が目標温度（例えば６００℃）に到達するまでに要する時間を算出し、この推定時間を、この時点における目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ１とする。
【００３３】
同様に、水タンク温度上昇速度推定手段２２は、水タンク２のタンク水温が調整間隔ｔで初期温度（例えば−２０℃）から温度θｗ１まで上昇したことに基づいて、この状態が今後も継続して、タンク水温が同じペース（傾き）で上昇していった場合に、触媒温度が目標温度（例えば０℃）に到達するまでに要する時間を算出し、この推定時間を、この時点における目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ１とする
温度上昇速度比較手段２３は、算出された目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ１と目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ１を比較し、これらの大小関係を判定する。図３に示す例では、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ１の方が目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ１よりも大きくなっているので、現在の温度上昇ペースが継続されれば、水タンク２の方が先に目標温度に到達し、改質触媒１が目標温度に到達するのが遅れるとの判定がなされる。
【００３４】
バルブ制御手段２４は、温度上昇速度比較手段２３による比較結果に基づいて、排気ガス流量調整バルブ１２のスロットル開度を変更する。図３に示す例では、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ１が目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ１よりも大きく、改質触媒１の温度上昇が遅れているため、改質触媒側排気ガス通路１０Ａを流通する排気ガス量を増やし、水タンク側排気ガス通路１０Ｂを流通する排気ガス量を減らすように、スロットル開度を初期開度Φ０よりも小さな開度Φ１に変更する。
【００３５】
図４には、変更されたスロットル開度Φ１で、次の調整間隔ｔが経過した様子を示す。図示されるように、改質触媒１と水タンク２は、前回の調整間隔とは異なる速度で暖められ、２回目の調整間隔ｔの経過後（合計で時間２ｔ経過後）に、改質触媒１の温度はθｃ２に、水タンク２の水温はθｗ２に、それぞれ上昇し、これらの温度が触媒温度センサ５と水タンク温度センサ６により検出される。
【００３６】
改質触媒温度上昇速度推定手段２１は、今回の調整間隔ｔの間の触媒温度の上昇（θｃ１からθｃ２への上昇）に基づいて、この状態が継続した場合の目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ２を算出する。また、水タンク温度上昇速度推定手段２２は、タンク水温の上昇（θｗ１からθｗ２への上昇）に基づいて、この状態が継続した場合の目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ２を算出する。
【００３７】
このように、調整間隔ｔ毎に、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗが更新されていくことにより、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗの値は互いに近づいていく。例えば、今回のスロットル開度Φ１は、前回のスロットル開度Φ０よりも、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの排気ガス流通量を増やし、水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流通量を減らすものに調整されたので、今回の目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ２は、前回の目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ１よりも短く、また今回の目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ２は、前回の目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ１よりも長くなり、この結果、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃと目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗの値は互いに近づいていく（目標温度への到達時のタイムラグが小さくなっていく）。
【００３８】
なお、上記のように、最初の調整間隔ｔの経過時の更新により、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ２と目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ２は互いに近づいたが、図４に示されるように、目標触媒温度到達達成時間Ｔｃ２は、未だ目標水タンク温度到達達成時間Ｔｗ２よりも大きい状態にある。したがって、温度上昇速度比較手段２３とバルブ制御手段２４は、２回目の調整間隔ｔの経過時の更新で、さらに改質触媒１の温度上昇を早め、水タンク２の温度情報を遅らせるように、排気ガス流量調整バルブ１２のスロットル開度をさらに大きくする制御を行うことになる。
【００３９】
次に、図５のフローチャートにしたがって、本発明の燃料改質装置の制御手順の一例について説明する。制御においては、まずステップＳ１において、排気ガス流量調整バルブ１２を、そのときの気温に応じた所定値である初期開度Φ０に設定する。
【００４０】
ステップＳ２においては、所定の調整間隔ｔの経過時における触媒温度の変化に基づいて、目標触媒温度達成時間Ｔｃを算出する。また、ステップＳ３においては、所定の調整間隔ｔの経過時における水タンク温度の変化に基づいて、目標水タンク温度達成時間Ｔｗを算出する。
【００４１】
ステップＳ４においては、改質触媒１の温度（触媒温度）が目標触媒温度以上であるか否かの判定がなされ、触媒温度が目標触媒温度以上であれば、ステップＳ５に進む。ステップＳ５においては、水タンク２の温度（水タンク温度）が目標水タンク温度以上であるか否かの判定がなされ、水タンク温度が目標水タンク温度以上であれば、改質触媒１と水タンク２の両方が既に目標温度まで暖められたということであるので、ステップＳ６に進み、排気ガス流量調整バルブ１２を全閉に（排気ガス通路１０内の全流量が改質触媒側排気ガス通路１０Ａに流れるように）設定して、一巡の処理を終了する。
【００４２】
一方、ステップＳ４において触媒温度が目標触媒温度以上でないと判定された場合と、ステップＳ５において水タンク温度が目標水タンク温度以上でないと判定された場合には、改質触媒１と水タンク２の少なくとも一方が目標温度に達していないということであるので、ステップＳ７以下の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ７においては、目標触媒温度達成時間Ｔｃと目標水タンク温度達成時間Ｔｗが等しいか否かの判定がなされ、目標触媒温度達成時間Ｔｃと目標水タンク温度達成時間Ｔｗが等しい場合には、このままの状態を維持すれば改質触媒１と水タンク２がほぼ同時に目標温度に達すると推定されるので、ステップＳ８に進み、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度をそのまま維持してステップＳ２に戻り、ステップＳ２以下の処理を繰り返す。
【００４４】
一方、ステップＳ７において目標触媒温度達成時間Ｔｃと目標水タンク温度達成時間Ｔｗが等しくないと判定された場合には、ステップＳ９に進み、目標触媒温度達成時間Ｔｃが目標水タンク温度達成時間Ｔｗよりも大きいか否かの判定がなされる。この判定で、目標触媒温度達成時間Ｔｃが目標水タンク温度達成時間Ｔｗよりも大きい場合には、改質触媒１が目標触媒温度に達する時期が、水タンク２が目標水タンク温度に達する時期よりも遅れるということであるので、ステップＳ１０に進んで、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度を現在のバルブ開度よりも小さく設定する。これにより、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの排気ガス流量を増やし、水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流量を減らして（すなわち、触媒温度の上昇スピードを速め、タンク水温の上昇スピードを遅くして）、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
ステップＳ９において目標触媒温度達成時間Ｔｃが目標水タンク温度達成時間Ｔｗよりも大きくないと判定された場合には、水タンク２が目標水タンク温度に達する時期が、改質触媒１が目標触媒温度に達する時期よりも遅れるということであるので、ステップＳ１１に進んで、排気ガス流量調整バルブ１２のバルブ開度を現在のバルブ開度よりも大きく設定する。これにより、水タンク側排気ガス通路１０Ｂの排気ガス流量を増やし、改質触媒側排気ガス通路１０Ａの排気ガス流量を減らして（すなわち、水タンク温度の上昇スピードを速めて（触媒温度の上昇スピードを遅くして）、ステップＳ２に戻る。
【００４６】
このように、触媒温度及び水タンク温度が目標温度に達するまで、ステップＳ５からステップＳ７に向かう処理が繰り返されることにより、排気バス流量調整バルブ１２のバルブ開度が、その時点の状況（車両の運転状態）に合わせて徐々に調整され、最終的に、改質触媒１と水タンク２がほぼ同時に目標温度に達するような制御が実行される。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、目標水タンク温度を、水タンク内の水が解凍する０℃とする例を示したが、環境温度から水タンクの氷結が予測される場合には、水タンク内の温度を、より高温に保つような制御を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、自動車等の車両に備えられる燃料改質装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｅ  内燃機関
Ｕ  コントローラ
１  改質触媒
２  水タンク
２Ａ  昇温機構
３  改質ガス供給通路
４  燃料タンク
５  触媒温度センサ
６  水タンク温度センサ
７  吸気ポート
８  改質ガス供給量調整弁
１０  排気ガス通路
１０Ａ  改質触媒側排気ガス通路
１０Ｂ  水タンク側排気ガス通路
１１  排気浄化触媒
１２  排気ガス流量調整バルブ
１３  改質前燃料供給通路
２１  触媒温度上昇速度推定手段
２２  水タンク温度上昇速度推定手段
２３  温度上昇速度比較手段
２４  バルブ制御手段
【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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