(57)【要約】【課題】１つの改質触媒でも水素生成を継続して行わせ得る装置を提供する。【解決手段】化学反応させることにより燃料を改質する改質触媒（３Ｂ）と、この改質触媒（３Ｂ）に燃料を供給する燃料供給装置（４）と、燃料供給装置（４）からの燃料のうち改質触媒（３Ｂ）による化学反応を阻害する燃料の一部を吸着する吸着材（３Ａ）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応させることにより燃料を改質する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置からの燃料のうち前記改質触媒による化学反応を阻害する燃料の一部を吸着する吸着材と
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記改質触媒は燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒であることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記吸着材を前記改質触媒の上流または近傍に配置することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記燃料は沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料と、沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料との混合物であり、
前記吸着材が吸着する燃料の一部は第２燃料種の燃料であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記燃料供給装置からの燃料は、前記改質触媒と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記燃料供給装置は燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁を用いて前記改質触媒に直接燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記改質触媒が前記水素を生成し得る能力を発揮できる温度範囲に維持することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
前記改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを前記改質触媒の触媒温度に基づいて判定することを特徴とする請求項８に記載の燃料改質装置。
【請求項１０】
前記改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを前記改質触媒により生成される水素の量に基づいて判定することを特徴とする請求項８に記載の燃料改質装置。
【請求項１１】
前記改質触媒による脱水素反応が滞ったと判定される場合に、前記燃料供給装置による燃料供給を停止することを特徴とする請求項８に記載の燃料改質装置。
【請求項１２】
前記改質触媒による脱水素反応が滞ったと判定される場合に、前記吸着材の上流に燃料成分を含まない流体を供給し、前記吸着材に吸着されている燃料及び前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を取り去ることを特徴とする請求項８に記載の燃料改質装置。
【請求項１３】
前記吸着材の上流に空気と空気及び水蒸気とのいずれかを供給し、前記吸着材に吸着されている燃料を脱離させることにより取り去ることを特徴とする請求項１２に記載の燃料改質装置。
【請求項１４】
前記吸着材の上流に空気を供給し、前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を部分酸化反応させることにより取り去ることを特徴とする請求項１２に記載の燃料改質装置。
【請求項１５】
前記吸着材の上流に空気を供給し、前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を完全酸化反応させることにより取り去ることを特徴とする請求項１２に記載の燃料改質装置。
【請求項１６】
前記吸着材の上流に空気及び水蒸気を供給し、前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を水蒸気改質させることにより取り去ることを特徴とする請求項１２に記載の燃料改質装置。
【請求項１７】
前記吸着材の上流に空気および水蒸気を供給し、前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を自己熱バランス改質させることにより取り去ることを特徴とする請求項１２に記載の燃料改質装置。
【請求項１８】
前記吸着材に吸着されている燃料及び前記改質触媒を被覆している改質触媒による化学反応を阻害する燃料を取り去った後に、前記燃料供給装置からの燃料供給を再開することを特徴とする請求項１２から１７までのいずれか一つに記載の燃料改質装置。
【請求項１９】
前記吸着材に吸着される燃料の量がオーバーフローしない状態に保つ状態保持手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項２０】
前記状態保持手段は、前記改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを判定し、前記改質触媒による脱水素反応が滞ったと判定される場合に、前記燃料供給装置による燃料供給を停止する共に前記吸着材及び改質触媒を再生処理し、この再生処理の終了後に前記燃料供給装置からの燃料供給を再開する、ことを一連の操作としてこの一連の操作を繰り返す手段であることを特徴とする請求項１９に記載の燃料改質装置。
【請求項２１】
燃料タンクからの燃料と吸気通路を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路を介して排出するエンジンを備え、
前記改質触媒に供給する燃料は前記燃料タンクからの燃料であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
【請求項２２】
前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を前記吸気通路に導入することを特徴とする請求項２１に記載の燃料改質装置。
【請求項２３】
前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を排気通路に設けられる排気後処理装置上流の排気通路に導入することを特徴とする請求項２１に記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素燃料に水素を添加して使用する水素利用内燃機関において、有機ハイドライドを含む液状の水素化燃料を車両に搭載し、必要に応じて水素化燃料から水素を生成するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０９３０２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、炭化水素燃料（以下、単に「燃料」という。）から改質触媒により水素を継続して生成することができないか検討中であるが、燃料中の反応しづらい物質が触媒表面をカバーリングしてしまうため、このカバーした燃料中の反応しづらい物質をパージしなければ水素の生成を行わせることができないところに問題がある。このため、上記特許文献１の技術では、改質触媒を配置した複数の反応器を設けておき、改質を行わせる反応器を順次切換えることによって水素の生成を連続的に行わせると共に、水素化燃料が供給されていない反応器に酸化ガスを供給して改質触媒の触媒表面に付着した燃料中の反応しづらい物質を燃焼除去するようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、複数の反応器が必要であり、燃料改質装置が大型化してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、１つの改質触媒でも水素生成を継続して行わせ得る装置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】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、化学反応させることにより燃料を改質する改質触媒（３Ｂ）と、この改質触媒（３Ｂ）に燃料を供給する燃料供給装置（４）と、燃料供給装置（４）からの燃料のうち改質触媒（３Ｂ）による化学反応を阻害する燃料の一部を吸着する吸着材（３Ａ）とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
吸着材がなければ、改質触媒による化学反応を阻害する燃料が改質触媒の触媒表面を全て被覆したとき、それ以上改質できなくなるのであるが、本発明によれば、燃料供給装置からの燃料のうち改質触媒による化学反応を阻害する燃料の一部を吸着する吸着材を備えるので、改質触媒による化学反応を阻害する燃料が改質触媒に到達することを遅らせることが可能となり、改質触媒により化学反応を行い得る期間を吸着材がない場合より拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料改質装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の燃料改質装置を搭載したエンジンの概略構成図である。
【図３】水素の生成と触媒温度変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】燃料改質装置コントローラが行う制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】第１実施形態の燃料改質装置を搭載したエンジンの他の概略構成図である。
【図７】本発明の効果を説明するための水素生成量の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態の燃料改質装置１の概略構成図、図２は本発明の燃料改質装置１を搭載したエンジンの概略構成図である。
【００１２】
図１に示したように筒状の管２に上流側（図で左側）より円柱状の吸着材３Ａと改質触媒３Ｂとが隙間無く介装されている。
【００１３】
上記吸着材３Ａの上流には、燃料噴射弁４（燃料供給装置）を配置し、この燃料噴射弁４には燃料タンク５内の燃料を燃料供給ポンプ６により圧送する。ここで、燃料としては自動車用燃料（ガソリンや軽油）を考えている。
【００１４】
燃料噴射弁４から吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂに向けて燃料を噴射したとき、燃料噴射弁４から噴射された燃料噴霧が、周囲に空気を流さなくてもその噴霧の貫徹力だけで改質触媒３Ｂに到達するように、燃料噴射弁４の位置と燃料噴射弁４に供給する燃料圧力とを定める。燃料噴射弁４より噴射された燃料の霧化を促進させるため、燃料噴射弁４の上流側より吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂに向けて空気を流すようにしてもかまわない。
【００１５】
上記吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの周囲には改質触媒３Ｂを活性温度（例えば２００〜４００℃）へと上昇させるため、円筒状のヒータ８を吸着材３Ａ（後述する）及び改質触媒Ｂを被覆するように設けておく。このヒータ８により活性温度範囲（改質触媒３Ｂが水素を生成し得る能力を発揮できる温度範囲）にある改質触媒３Ｂでは、
ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ                                  …（１）
の化学反応式で示される脱水素反応を行って燃料から水素を生成する。
【００１６】
本発明において、改質触媒とは、燃料成分の中の少なくとも一部から脱水素過程（脱水素反応）を経て水素を生成しうる能力を持つ触媒のことである。改質触媒としては、市販の有無を問わず、公知の触媒および同様の機能を有する触媒を用いることができる。以下に改質触媒の実施例を示すが、この実施例にとらわれるものでは無い。
【００１７】
触媒は、触媒活性粉末が支持担体に塗布された形態をなし、触媒活性粉末は、酸化物粉末上に金属が高分散に担持されてなるものを言う。ここで金属とは例えば、ロジウム、白金、パラジウムなどの貴金属であり、そのほかに、鉄、コバルト、マンガン、ニッケルなどの非貴金属（卑金属）を用いることができる。酸化物粉末には、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどや、それらを少なくとも一部に含む複合酸化物を用いることができる。支持担体としては、ハニカム形状や球状、リング状のコージェライト、シリコンカーバイド、ステンレス材質などからなる支持担体を挙げることができる。
【００１８】
次に、触媒の実施例の詳細を示す。水中に分散させたアルミナ『酸化物粉体』中に『金属』前駆体としてジニトロジアミン白金塩を加え、６０分攪拌した。その後、１５０度で１昼夜乾燥させ、粉砕の後に４００度で１時間の焼成を行なった。以上の方法で『触媒活性粉末』を調製した。このように調整した『触媒活性粉末』をべ一マイト、水と攪拌し、スラリー状になったものを、コージェライトでできたハニカム担体（支持担体）に塗布、乾燥、焼成の後に『触媒』を得た。
【００１９】
上記の吸着材３Ａとしては、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ゼオライト（高Ｓｉ／２Ａｌ比タイプ）、Ａｌ分を含有しないシリカライト等の耐火性無機化合物や活性炭などの吸着材成分を含むことができる。使用される燃料の種類に応じて適宜、吸着材を選定することが望ましい。また、これらの吸着材の表面特性の制御のために、アルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属などを添加することもできる。
【００２０】
図２に示したように、エンジン本体２１には、空気が吸気通路２２を介して図示しない燃焼室に供給される。燃料タンク２３からの燃料は燃料供給ポンプ２４により燃料噴射弁２５に圧送され、エンジンコントローラ３１からの信号を受けて燃料噴射弁２５が開くことで燃料がエンジン本体２１に供給される。これらの燃料と空気とは混合気を形成して図示しない燃焼室で燃焼され、燃焼後のガスは排気通路２６に設けている排気後処理装置２７によって浄化される。
【００２１】
エンジンとしては、ガソリンを使用燃料として火花点火により混合気に着火して燃焼させるガソリンエンジン、軽油を使用燃料として圧縮着火により混合気を燃焼させるディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
【００２２】
こうしたエンジンを有する車両に対して、本発明の燃料改質装置１を搭載するときには、燃焼に用いる燃料を貯蔵している燃料タンク２３内の燃料を燃料供給ポンプ６によって燃料噴射弁４に圧送し、燃料噴射弁４より燃料タンク２３内の燃料を改質触媒３Ｂに供給する。また、ヒータ８に代えて、排気熱などの熱源との間で熱交換を行い得る熱交換器２８を設ける。そして、改質触媒３Ｂによって改質された燃料（水素を含んだ燃料）は、燃料供給通路４１を介して吸気通路２２に導入する。図２の排気後処理装置２７は、例えば三元触媒である。あるいは図６に示したように、改質触媒３Ｂによって改質された燃料（水素を含んだ燃料）を、燃料供給通路４１を介して排気後処理装置２７上流の排気通路２６に導入する。図６の排気後処理装置２７は、例えばＮＯｘトラップ触媒である。
【００２３】
次に、改質触媒３Ｂの上流に新たに吸着材３Ａを設けた理由を説明する。図３（Ａ）は吸着材３Ａを設けていない状態かつ活性温度範囲（改質触媒３Ｂが水素を生成し得る能力を発揮できる温度範囲）にある改質触媒３Ｂに対してｔ０のタイミングより燃料噴射を行ったときに、水素生成量と改質触媒３Ｂの触媒温度［℃］とがどのように変化するのかを示したものである。触媒温度としては改質触媒３Ｂにより脱水素反応が行われる部位の温度を採用する。具体的には図１に示したように改質触媒３Ｂのうち中央より下流側（図で右側）に設けた温度センサ１０により触媒温度を検出すればよい。
【００２４】
図３（Ａ）に示したように、燃料噴射開始前の触媒温度を所定温度Ｔ０［℃］（＝大気温度）とすると、触媒温度は燃料噴射を開始するｔ０のタイミングで所定温度Ｔ０より一気に所定温度Ｔａ［℃］へと低下した後、その所定温度Ｔａに暫く維持され、このとき改質触媒３Ｂより水素が生成されている。ｔ０のタイミングより水素が生成されるとき、触媒温度が燃料噴射開始前の温度である所定温度Ｔ０より低下するのは、上記（１）式が脱水素反応（吸熱反応）であるからである。しかしながら、所定の期間（時間）が経過したｔ１のタイミングで、触媒温度は所定温度Ｔａを離れて所定温度Ｔｂ［℃］へと上昇し所定温度Ｔｂを維持する。触媒温度が所定温度Ｔｂへと上昇してからは改質触媒３Ｂより水素は生成されていない。
【００２５】
このように、触媒温度は脱水素反応（吸熱反応）により低下するのに、水素の生成が長くは続かない結果に終わっている。図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示した触媒温度の変化と同じもので、所定温度Ｔｂから所定温度Ｔａを差し引いた値は改質触媒３Ｂの吸熱度合ΔＴ［℃］（＝Ｔｂ−Ｔａ）を表している。また、ｔ０のタイミングからｔ１のタイミングまでの期間が水素生成期間Δｔ［ｍｉｎ］（＝ｔ１−ｔ０）を表す。
【００２６】
水素の生成が長く続かない原因を本発明者が解析したのが図３（Ａ）の下段に示したモデル図である。上記の自動車用燃料（ガソリンや軽油）は、脂肪族、ナフテン族、芳香族からなる様々な燃料種の混合物であるが、ここでは、相対的に低沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「低沸点燃料」という。）と、相対的に高沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「高沸点燃料」という。）とに大きく分けて考える。
【００２７】
まず、図３（Ａ）下段の左側に示したように、燃料噴射を開始した当初は、低沸点燃料（丸形状で示している）と、高沸点燃料（楕円形状で示している）とが均等に触媒表面と接触し、触媒によりいずれの燃料との間でも脱水素反応（吸熱反応）が行われる。詳細にはパラフィンの重縮合による脱水素反応やナフテン（シクロアルカン）の脱水素反応がおきていると考えられる。
【００２８】
さて、低沸点燃料は気化（蒸発）して触媒表面から脱離するのに対して、高沸点燃料は気化できないため、触媒表面に吸着したままとなる。こうした低沸点燃料と高沸点燃料の挙動の相違により、気化して低沸点燃料がいなくなった触媒表面にも高沸点燃料が付着してゆく。つまり、触媒表面を覆う高沸点燃料の割合が増加してゆくと、やがて図３（Ａ）下段の右側に示したように、低沸点燃料が付着する触媒表面が無くなり、このタイミングで改質触媒による水素生成がやむと考えられる。言い換えると、燃料噴霧の触媒表面への燃料の付着と、触媒表面からの燃料の気化とが連続的に繰り返されるのであれば、水素生成が良好に行われるところ、触媒に付着している燃料が気化できなくなったタイミングで水素が生成されなくなると考えられるのである。従って、ここでいう「低沸点燃料」とは、上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得る燃料のことであり、これに対して「高沸点燃料」とは上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得ない燃料のこととなる。
【００２９】
こうした燃料挙動の解析の結果より、高沸点燃料を改質触媒３Ｂの上流側に設けた吸着材３Ａで吸着させることにより、高沸点燃料が改質触媒３Ｂに到達するのを遅らせ、これによって改質触媒３Ｂでの水素生成期間が拡大するようにしたものである。この結果、図７に示したように、対策前に対して対策後には燃料噴射の開始（改質開始）から所定時間が経過した後の水素生成量が４０％上昇することが分かっている。ここで、対策前とは、吸着材を設けていない場合、対策後とは吸着材を設けた場合である。
【００３０】
なお、実施形態では、吸着材３Ａと改質触媒３Ｂとを別個の構成としているが、吸着材３Ａと改質触媒３Ｂとが共存するように吸着材３Ａを改質触媒３Ｂの近傍に配置してもかまわない。
【００３１】
吸着材３Ａは高沸点燃料が改質触媒３Ｂに到達するのを遅らせるものであるため、吸着材３Ａにその能力一杯にまで高沸点燃料が吸着した後には、もはや高沸点燃料が吸着材３Ａに吸着されなくなりオーバーフローして改質触媒３Ｂに到達し、やがて上記のように改質触媒３Ｂの触媒表面が全て高沸点燃料で覆われてしまえば、水素の生成がやむ。
【００３２】
この場合に、吸着材３Ａと改質触媒３Ｂの両方から高沸点燃料を取り除いてやれば、つまり吸着材３Ａと改質触媒３Ｂとを再生すれば、改質触媒３Ｂにより再び水素を生成させることが可能となる。そこで、図１、図２に示したように、改質触媒３Ｂ上流の管２内にガス供給管１５を突出して設け、ポンプ１６により空気と空気及び水蒸気のガスとのいずれか（燃料成分を含まない流体）をこのガス供給管１５を介して吸着材３Ａに向けて吹きつける。なお、ガス供給管１５は、燃料噴射弁４からの燃料噴霧の邪魔にならない位置に設けておく。
【００３３】
空気をガス供給管１５より吸着材３Ａに向けて吹きつけるのは、吸着材３Ａから高沸点燃料を吹き飛ばして（取り去って）下流の改質触媒３Ｂに運ぶためである。また空気及び水蒸気のガスを吸着材３Ａに向けて吹き付けるのは、吸着材３Ａから高沸点燃料を洗い流して（取り去って）下流の改質触媒３Ｂに運ぶためである。これによって、吸着材３Ａは高沸点燃料が吸着されていない状態へと戻される（再生される）。
【００３４】
一方、ガス供給管１５より空気を供給するときには、改質触媒３Ｂでは空気中の酸素を用いて
ＨＣ＋Ｏ2→Ｈ2＋ＣＯ                                    …（２）
の反応式で示される部分酸化反応（発熱反応）を行って水素を生成することとなる。これによって改質触媒３Ｂの触媒表面を被覆している高沸点燃料が取り去られる。あるいは改質触媒３Ｂでは、空気中の酸素を用いて
ＨＣ＋Ｏ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2                                 …（３）
の反応式で示される完全酸化反応（発熱反応）を行うこととなる。これによっても改質触媒３Ｂの触媒表面を被覆している高沸点燃料が取り去られる。
【００３５】
また、ガス供給管１５より空気及び水蒸気のガスを供給するときには、改質触媒３Ｂでは水蒸気を用いて
ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ                                  …（４）
の反応式で示される脱水素反応（吸熱反応）を行って水素を生成することとなる。これによって改質触媒３Ｂの触媒表面を被覆している高沸点燃料が取り去られる。
【００３６】
さらに、改質触媒３ＢでＡＴＲ（Auto  Thermal  Reforming）を行わせることにより、改質触媒３Ｂの触媒表面を被覆している高沸点燃料を取り去るようにしてもかまない。ＡＴＲとは自己熱バランス改質のことで、上記（２）式の発熱反応と（４）式の吸熱反応とを組み合わせることにより発熱も吸熱も生じないようにするものである。
【００３７】
これをさらに図４を用いて説明すると、図４は本発明の場合に水素生成量と改質触媒３Ｂの触媒温度とがどのように変化するのかを示している。ただし、ガス供給管１５からは空気及び水蒸気を吸着材３Ａに吹き付ける場合とする。
【００３８】
本発明では、改質触媒３Ｂの上流に吸着材３Ａを設けて高沸点燃料を吸着させ、高沸点燃料が改質触媒３Ｂに到達するのを遅らさせているので、水素生成期間の終期がｔ１のタイミングよりｔ１’のタイミングへと拡大している。なお、ｔ１のタイミングは図３（Ａ）のｔ１のタイミングに対応する。
【００３９】
本発明ではさらに、触媒温度が所定温度Ｔｂへと上昇したｔ１’のタイミングより余裕代を考慮したｔ２のタイミングで燃料噴射弁４による燃料噴射を中止すると共に、ポンプ１６を作動させてガス供給管１５から空気及び水蒸気を吸着材３Ａに吹き付ける。これによって、吸着材３Ａから高沸点燃料が吹き飛ばされ（脱離され）ると共に、改質触媒３Ｂでは上記（４）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われることから、触媒温度がｔ２のタイミングより低下して暫く所定温度Ｔｃを保つ。このように、空気及び水蒸気の吹きつけ開始より触媒温度が低下するのは、改質触媒３Ｂで行われる上記（２）式の反応式が吸熱反応であるためである。そして、上記（２）式の反応が進み、改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っていた高沸点燃料が無くなりかけると吸熱の程度が小さくなるため触媒温度が所定温度Ｔｃから上昇し、高沸点燃料が全て無くなるｔ３のタイミング以降は、環境温度である所定温度Ｔ０に戻って所定温度Ｔ０を維持する。ポンプ１６はｔ３のタイミングで停止する。
【００４０】
これで、吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生を終了するので、再び燃料噴射弁４による燃料供給を行って改質触媒３Ｂにより改質を行わせることができる。つまり、ｔ０からｔ３までの区間が１サイクルとなり、このサイクルを繰り返すことで、間欠的ではあるが、１つの改質触媒３Ｂにより、水素生成を継続して行わせることが可能になった。
【００４１】
図１、図２に戻り、こうした制御のため、燃料改質装置コントローラ１１を設け、燃料改質装置コントローラ１１により、本発明の燃料改質装置１をエンジンに搭載しない場合には燃料ポンプ６、燃料噴射弁４、ヒータ８及びポンプ１６を、本発明の燃料改質装置１をエンジンに搭載する場合には燃料ポンプ６、燃料噴射弁４及びポンプ１６を駆動可能に構成すると共に、温度センサ１０により検出される触媒温度を燃料改質装置コントローラ１１に入力させる。
【００４２】
そして、燃料改質装置コントローラ１１で次のような制御を行わせる。すなわち、燃料改質を行わせるに際しては、燃料改質装置コントローラ１１を作動させ、ヒータ８を駆動し（本発明の燃料改質装置１をエンジンに搭載しない場合のみ）、改質触媒３Ｂの触媒温度を活性温度まで高める。ポンプ６を作動させて燃料噴射弁４に燃料タンク５（あるいは燃料タンク２３）内の燃料を圧送する。温度センサ１０により検出される改質触媒３Ｂの触媒温度が活性温度となったら、燃料噴射弁４を開いて燃料噴射を行わせる。
【００４３】
燃料噴射の開始当初は高沸点燃料が吸着材３Ａに吸着され、低沸点燃料のほうは吸着材３Ａをすり抜けて改質触媒３Ｂに到達する。この低沸点燃料の改質触媒３Ｂへの到達によって改質触媒３Ｂにおいて水素の生成が開始される。吸着材３Ａでその能力一杯にまで高沸点燃料が吸着されると、その後には吸着材３Ａに吸着されない高沸点燃料がオーバーフローして改質触媒３Ｂに到達することになる。しかしながら、改質触媒３Ｂの触媒表面を高沸点燃料が覆い尽くすまでは水素生成が続く。やがて、高沸点燃料が改質触媒３Ｂの触媒表面を覆い尽くと、水素生成がやみ、触媒温度が所定温度Ｔａから所定温度Ｔｂへと上昇する。触媒温度は温度センサ１０によりモニター（監視）しているので、触媒温度が所定温度Ｔｂへと上昇して余裕代の時間が経過したとき、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞った、従ってこれ以上の水素生成は望めないと判定し、燃料改質装置コントローラ１１では、燃料噴射弁４からの燃料噴射を中止するとともに、吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生処理に移行する。すなわち、ポンプ１６を作動させて空気及び水蒸気のガスを吸着材３Ａに吹きつける。これによって吸着材３Ａから高沸点燃料が全て洗い流されて改質触媒３Ｂに供給され、改質触媒３Ｂでは、水蒸気を用いた脱水素反応（吸熱）を行って水素を生成させることにより、改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っている高沸点燃料を取り去る。このときの改質触媒３Ｂによる反応は吸熱反応であるため、触媒温度は所定温度Ｔｃへと低下する。そして、改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っていた高沸点燃料が無くなりかけると、触媒温度が所定値Ｔｃから離れて上昇する。触媒温度のモニターにより触媒温度が環境温度である所定温度Ｔ０に到達するとき、燃料改質装置コントローラ１１では、ポンプ１６を停止して吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生処理を終了する。これで、吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂは初期状態に戻ったので、再び燃料噴射弁４を開いて燃料噴射を開始する。
【００４４】
燃料改質装置コントローラ１１でこのような制御を行わせることで、１つの改質触媒３Ｂであっても、継続して燃料改質を行わせることが可能となった。
【００４５】
なお、図２の場合に、本発明の燃料改質装置１をどの運転条件で作動させるかは予め定めておき、その指示を、運転条件を検出しているエンジンコントローラ３１より得るようにする。このため、燃料改質装置コントローラ１１とエンジンコントローラ３１とを双方向通信により結んでおく。
【００４６】
燃料改質装置コントローラ１１により行われるこの制御を図５を参照して詳述する。図５は燃料改質装置コントローラ１１における制御の流れを示すもので、一定周期で繰り返し実行するものではない。
【００４７】
ここでは、燃料改質装置１の作動、終了を、エンジンコントローラ３１からの開始指令フラグと終了指令フラグとで制御する。すなわち、エンジンコントローラ３１では、燃料改質装置１を作動させたいときに開始指令フラグ（ゼロに初期設定）をゼロから１へと切換え、また燃料改質装置１の作動を終了させたいときに終了指令フラグ（ゼロに初期設定）をゼロから１へと切換える。例えば、水素は燃焼速度が早く良好な燃焼が得られるので、エンジンの暖機促進や排気後処理装置２７の早期活性化のため、エンジン冷間始動直後に開始指令フラグ＝１とし、エンジンの暖機が完了したときや排気後処理装置２７の活性化が終了したとき開始指令フラグ＝０とすると共に終了指令フラグ＝１とする。
【００４８】
ステップ１では、エンジンコントローラ３１との通信を行いこの開始指令フラグをみる。開始指令フラグ＝０であればそのまま待機する。開始指令フラグ＝１であればステップ２に進み、燃料噴射弁４を開いて吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂに燃料を供給する。なお、図示しないが、燃料供給ポンプ６はエンジン始動時に作動させて燃料を燃料噴射弁４に圧送させているものとする。
【００４９】
ステップ３では温度センサ１０により検出される触媒温度Ｔｃａｔと所定温度Ｔｂを比較する。所定温度Ｔｂは、改質触媒３Ｂの触媒表面が高沸点燃料によって覆い尽くされ脱水素反応を行えなくなったときの触媒温度である。触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｂ未満であればまだ改質触媒３Ｂの触媒表面が高沸点燃料によって覆い尽くされていない、つまり水素生成が行われ得ると判断し、ステップ２に戻って燃料噴射を継続する。
【００５０】
やがてステップ３で触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｂ以上になると改質触媒３Ｂの触媒表面が高沸点燃料によって覆い尽くされもう水素生成は行われないと、つまり改質触媒による脱水素反応が滞ったと判断し、ステップ４に進んで燃料噴射弁４を全閉として燃料噴射を停止する。図４に示したように、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｂに到達してから余裕代を経過したタイミングで燃料噴射を停止するようにしてもかまわない。
【００５１】
ステップ５では吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生処理を開始するため、ポンプ１６を駆動し空気と水蒸気の混合ガスを吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂに供給する。これによって吸着材３Ａから高沸点燃料の脱離が開始される。改質触媒３Ｂでは水蒸気を用いた脱水素反応が行われ、これによって改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っている高沸点燃料の取り去りが開始される。改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っている高沸点燃料の取り去りが行われている間は、触媒温度は上記の温度Ｔｂより低い所定温度Ｔｃを維持するが、改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っている高沸点燃料が無くなりかけると、環境温度である所定温度Ｔ０へと上昇し、改質触媒３Ｂの触媒表面を覆っている高沸点燃料が全て無くなると、所定温度Ｔ０に戻る。
【００５２】
このため、ステップ６で再び温度センサ１０により検出される触媒温度Ｔｃａｔと所定温度Ｔ０を比較し、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔ０未満であればまだ改質触媒３Ｂの触媒表面に高沸点燃料が残っている、つまり改質触媒３Ｂの再生処理が終了していないと判断し、ステップ５に戻って空気と水蒸気の混合ガスの供給を継続する。
【００５３】
やがてステップ６で触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔ０以上になると改質触媒３Ｂの触媒表面から高沸点燃料がすべて消失した、つまり吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生処理が終了したと判断し、ステップ７でポンプ１６の駆動を停止する。
【００５４】
ステップ８ではエンジンコントローラ３１との通信を行い終了指令フラグをみる。終了指令フラグ＝０、つまり終了指令が出ていなければ、ステップ２に戻ってステップ２〜８の操作を繰り返す。すなわち、ステップ３で改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったか否かを判定し、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定される場合に、ステップ４で燃料噴射弁４による燃料供給を停止し、同じく改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定される場合に、ステップ５〜７で吸着材３Ａ及び改質触媒３Ｂの再生処理を実行し、この再生処理の終了後にステップ２に戻って燃料噴射弁４からの燃料供給を再開する、ことを一連の操作としてこの一連の操作を繰り返す。
【００５５】
ステップ８で終了指令フラグ＝１、つまり終了指令が出ていれば、次回の燃料改質に備えて、ステップ１に戻り待機する。
【００５６】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５７】
仮に吸着材３Ａがないとすれば、高沸点燃料（改質触媒３Ｂによる化学反応を阻害する燃料）が改質触媒３Ｂの触媒表面を全て被覆したとき、それ以上改質できなくなるのであるが、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂ（化学反応させることにより燃料を改質する改質触媒）と、燃料噴射弁４（燃料供給装置）と、燃料噴射弁４からの燃料のうち高沸点燃料（改質触媒による化学反応を阻害する燃料）の一部を吸着する吸着材３Ａとを備えるので、高沸点燃料が改質触媒３Ｂに到達することを遅らせることが可能となり、水素生成期間（改質触媒により化学反応を行い得る期間）を吸着材がない場合より拡大することができる。
【００５８】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂは燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒であるので、改質触媒３Ｂによる水素の生成量を多くすることができる。
【００５９】
本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、燃料は高沸点燃料（沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料）と、低沸点燃料（沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料）との混合物であり、吸着材３Ａが吸着する燃料の一部は高沸点燃料であるので、吸着材３Ａは高沸点燃料、つまり改質触媒３Ｂによる化学反応を阻害する燃料を吸着することにより、改質触媒３Ｂによる化学反応を阻害する燃料が改質触媒３Ｂに到達することを遅らせることができる。
【００６０】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、燃料供給装置は燃料噴射弁４であり、この燃料噴射弁４を用いて改質触媒３Ｂに直接燃料を噴射するので、改質触媒３Ｂと接触するに当たり、燃料の少なくとも一部を液体およびまたは液滴とすることができる。
【００６１】
改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞っているのになおも燃料供給を続けたのでは、改質触媒３Ｂが脱水素反応を行い得る状態に復帰させるのに時間を要することになってしまうのであるが、本実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったか否かを判定するので、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定したときに直ちに燃料供給を停止することによって、こうした事態を避けることができる。
【００６２】
脱水素反応が吸熱反応であることに対応し、本実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったか否かを改質触媒３Ｂの触媒温度Ｔｃａｔに基づいて判定するので、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったか否かを容易に判定することができる。
【００６３】
改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定される場合に、なおも燃料供給を続けたのでは、改質触媒３Ｂが脱水素反応を行い得る状態に復帰させるのに時間を要することになってしまうが、本実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定される場合に、燃料噴射弁４による燃料供給を停止するので、こうした事態を避けることができる。
【００６４】
本実施形態（請求項１２に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂによる脱水素反応が滞ったと判定される場合に、吸着材３Ａの上流に燃料成分を含まない流体を供給し、吸着材４Ａに吸着されている高沸点燃料及び改質触媒３Ｂを被覆している高沸点燃料（改質触媒３Ｂによる化学反応を阻害する燃料）を取り去るので、取り去った後に再び吸着材３Ａにより高沸点燃料が改質触媒３Ｂに到達するのを遅らせつつ、改質触媒３Ｂにより水素を生成させるとができる。
【００６５】
本実施形態（請求項１４に記載の発明）によれば、吸着材３Ａの上流に空気を供給し、改質触媒３Ｂを被覆している高沸点燃料（改質触媒による化学反応を阻害する燃料）を部分酸化反応させることにより取り去るので、吸着材３Ａから燃料を取り去る間も改質触媒３Ｂにおいて水素を生成できる。
【００６６】
本実施形態（請求項１６に記載の発明）によれば、吸着材３Ａの上流に空気及び水蒸気を供給し、改質触媒３Ｂを被覆している高沸点燃料（改質触媒による化学反応を阻害する燃料）を水蒸気改質させることにより取り去るので、吸着材３Ａから燃料を取り去る間も改質触媒３Ｂにおいて水素を生成できる。
【００６７】
本実施形態（請求項１８に記載の発明）によれば、吸着材３Ａに吸着されている高沸点燃料及び改質触媒３Ｂを被覆している高沸点燃料（改質触媒による化学反応を阻害する燃料）を取り去った後に、燃料噴射弁４からの燃料供給を再開するので、１つの改質触媒３Ｂであっても、再び同じ改質触媒３Ｂにより水素を生成できる。
【００６８】
本実施形態（請求項１９に記載の発明）によれば、吸着材３Ａに吸着される高沸点燃料の量がオーバーフローしない状態に保つ状態保持手段を備えるので、継続して水素を生成し得る状態に改質触媒３Ｂを保つことが可能となり、一つの触媒３Ｂであっても安定して燃料改質を行うことができる。
【００６９】
本実施形態（請求項２１に記載の発明）によれば、燃料タンク５からの燃料と吸気通路２２を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路２６を介して排出するエンジンを備え、改質触媒３Ｂに供給する燃料は燃料タンク５からの燃料であるので、エンジンに搭載された状態でエンジン内での燃焼に供される燃料から水素を生成できる。
【００７０】
本実施形態（請求項２２に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂから出てくる水素を含んだ燃料を吸気通路２２に導入するので、エンジン冷間始動直後でも水素は良好に燃焼することから、エンジンの暖機を早めることができる。
【００７１】
本実施形態（請求項２３に記載の発明）によれば、改質触媒３Ｂから出てくる水素を含んだ燃料を排気通路に設けられる排気後処理装置上流の排気通路に導入するので、排気後処理装置２７がＮＯｘトラップ触媒である場合には、改質触媒３Ｂから出てくる水素を含んだ燃料を還元剤としてＮＯｘトラップ触媒に供給することが可能となり、ＮＯｘトラップ触媒を再生することができる。
【００７２】
実施形態では、改質触媒が燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒である場合で説明したが、化学反応させることにより燃料を改質する改質触媒であれば本発明の適用がある。
【００７３】
実施形態では、改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを改質触媒の触媒温度に基づいて判定する場合で説明したが、改質触媒による脱水素反応が滞ったか否かを改質触媒により生成される水素の量に基づいて判定するようにしてもかまわない。
【符号の説明】
【００７４】
１  燃料改質装置
３Ａ  吸着材
３Ｂ  改質触媒
４  燃料噴射弁（燃料供給装置）
５  燃料タンク
１１  燃料改質装置コントローラ
１５  ガス供給管
１６  ポンプ
【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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