(57)【要約】【課題】２つのＥＧＲ通路を備えた排気還流装置であって、トータルＥＧＲ量を変化させることなく改質触媒の水素生成効率を高く維持できる排気還流装置を提供すること。【解決手段】排気還流装置２は、エンジンの排気の一部を吸気管１２に還流するものであって、排気管１３と吸気管１２とを連通する第１ＥＧＲ管２１と、第１ＥＧＲ管２１に設けられ、排気を利用することで水素を生成する燃料改質器３と、燃料改質器３をバイパスする第２ＥＧＲ管２２と、第２ＥＧＲ管２２を介して還流される排気の量（第２ＥＧＲ量）に対する燃料改質器３を介して還流される排気の量（第１ＥＧＲ量）の割合に相当する第１／第２ＥＧＲ比を制御する第１ＥＧＲ弁２４、第２ＥＧＲ弁２５、及びＥＣＵ５と、を備える。第１／第２ＥＧＲ比は、排気の酸素濃度が高いほど小さく設定される。【選択図】図１
2014145299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気の一部を前記機関の吸気に還流する排気還流装置であって、
前記機関の排気通路と前記機関の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、
当該第１ＥＧＲ通路に設けられ、排気を利用することで改質ガスを生成する改質触媒と、
前記改質触媒をバイパスする第２ＥＧＲ通路と、
前記第２ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量に対する前記改質触媒を介して還流される排気の量の割合に相当するＥＧＲ比を制御するＥＧＲ比制御手段と、を備え、
前記ＥＧＲ比制御手段は、排気の酸素濃度が高いほど前記ＥＧＲ比を小さくすることを特徴とする排気還流装置。
【請求項２】
前記第１ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量が所定量よりも少ない場合には、前記改質触媒の上流端部及び下流端部に設けられた電極対に電圧を印加する電圧印加装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
【請求項３】
前記第１ＥＧＲ通路は、前記排気通路のうちタービンより上流側から分岐し、前記吸気通路に至ることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気還流装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ比制御手段は、第１ＥＧＲ通路に設けられた第１流量制御弁と、第２ＥＧＲ通路に設けられた第２流量制御弁と、これら第１及び第２流量制御弁を独立して駆動する制御装置と、を備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気還流装置に関する。より詳しくは、本発明は、内燃機関の排気の一部を吸気に還流する排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に、燃料を改質し水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を設ける技術が提案されている。この技術によれば、ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスを利用して改質触媒で改質ガスを生成し、これを内燃機関の吸気に供給することにより、内燃機関の燃焼を改善することができる。より具体的には、例えば、ノッキングの抑制や熱効率の向上などの効果がある。
【０００３】
特許文献１には、改質触媒が設けられたＥＧＲ通路と、燃料タンク内の改質用燃料を改質触媒の上流に添加する燃料添加装置と、改質触媒をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に設けられたバイパス弁と、を備えた排気還流装置が示されている。この排気還流装置では、改質用燃料の残量が十分である場合には、ＥＧＲガスの流路が改質触媒側になるようにバイパス弁を操作し、改質用燃料が無くなった場合には、ＥＧＲガスの流路がバイパス通路側になるようにバイパス弁を操作する。このように、改質用燃料が無くなり改質触媒で改質ガスをほとんど生成できなくなった際には、圧力降下の原因となる改質触媒にＥＧＲガスを流さないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２７９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようにＥＧＲガスの通路に改質触媒を設けた排気還流装置では、排気の酸素濃度が高くなると改質触媒の水素生成効率が低下する場合がある。そこで、排気の酸素濃度が高くなる場合には、ＥＧＲガスの量を減少させ、改質触媒に流入する酸素の量を減少させることにより、水素生成効率の低下を防止することが考えられる。しかしながら、単純に水素生成効率を向上しようとしてＥＧＲガスの量を減少させた場合、内燃機関の燃費が悪化したり、内燃機関からの窒素酸化物の排出量が増加したりするおそれがある。
【０００６】
本発明は、２つのＥＧＲ通路を備えた排気還流装置であって、ＥＧＲガスの量を変化させることなく改質触媒の水素生成効率を高く維持できる排気還流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】
（１）本発明の排気還流装置（例えば、後述の排気還流装置２）は、内燃機関の排気の一部を前記機関の吸気に還流するものであって、前記機関の排気通路（例えば、後述の排気管１３）と前記機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）とを連通する第１ＥＧＲ通路（例えば、後述の第１ＥＧＲ管２１）と、当該第１ＥＧＲ通路に設けられ、排気を利用することで改質ガスを生成する改質触媒（例えば、後述の燃料改質器３の改質触媒３１）と、前記改質触媒をバイパスする第２ＥＧＲ通路（例えば、後述の第２ＥＧＲ管２２）と、前記第２ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量（例えば、後述の第２ＥＧＲ量）に対する前記改質触媒を介して還流される排気の量（例えば、後述の第１ＥＧＲ量）の割合に相当するＥＧＲ比（例えば、後述の第１／第２ＥＧＲ比）を制御するＥＧＲ比制御手段（例えば、後述の第１ＥＧＲ弁２４、第２ＥＧＲ弁２５、及びＥＣＵ５等）と、を備え、前記ＥＧＲ比制御手段は、排気の酸素濃度が高いほど前記ＥＧＲ比を小さくすることを特徴とする。
【０００８】
（２）この場合、前記排気還流装置は、前記第１ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量（例えば、後述の第１ＥＧＲ量）が所定量（例えば、後述の下限流量）よりも少ない場合には、前記改質触媒の上流端部及び下流端部に設けられた電極対に電圧を印加する電圧印加装置（例えば、後述の電源３３）をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
（３）この場合、前記第１ＥＧＲ通路は、前記排気通路のうちタービンより上流側から分岐し、前記吸気通路に至ることが好ましい。
【００１０】
（４）この場合、前記ＥＧＲ比制御手段は、第１ＥＧＲ通路に設けられた第１流量制御弁（例えば、後述の第１ＥＧＲ弁２４）と、第２ＥＧＲ通路に設けられた第２流量制御弁（例えば、後述の第２ＥＧＲ弁２５）と、これら第１及び第２流量制御弁を独立して駆動する制御装置（例えば、後述のＥＣＵ５）と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
（１）本発明の排気還流装置は、改質触媒が設けられた第１ＥＧＲ通路と、改質触媒をバイパスする第２ＥＧＲ通路と、排気の酸素濃度が高いほどＥＧＲ比（第１ＥＧＲ通路のうち改質触媒を介して還流される排気の量／第２ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量）を小さくするＥＧＲ比制御手段と、を備える。例えば、内燃機関がリーン燃焼中であり、排気の酸素濃度がストイキ燃焼中やリッチ燃焼中と比較して高い場合には、改質触媒における水素生成効率が低下しないように、改質触媒に流入する酸素の量、すなわち改質触媒を介して還流される排気の量を減少させる必要がある。この際、第１及び第２ＥＧＲ通路を介して還流される排気の総量、すなわちトータルＥＧＲ量を低下させると、内燃機関の燃費が悪化したり、内燃機関からの窒素酸化物の排出量が増加したりするおそれがある。これに対し本発明では、排気の酸素濃度が高いほどＥＧＲ比を小さくすることにより、トータルＥＧＲ量を内燃機関の運転状態に応じた最適な量から低下させることなく、改質触媒に流入する酸素の量が増加又は過剰に増加するのを防止し、改質触媒における水素生成効率を高く維持することができる。
【００１２】
（２）例えばＥＧＲ比を小さくすると、第１ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量が減少し、改質触媒に供給される排気熱が減少し、ひいては改質触媒の温度が低下し、水素生成効率も低下する。本発明では、第１ＥＧＲ通路を介して還流される排気の量が所定量よりも少なくなった場合には、改質触媒の両端に設けられた電極対に電圧を印加し、排気熱の供給不足を補う。これにより、改質触媒の水素生成効率を高く維持できる。
【００１３】
（３）本発明では、排気通路のうち比較的排気温度が高いタービンより上流側の排気をＥＧＲガスとして還流し改質触媒に供給することにより、改質触媒の温度をできるだけ高く維持し、ひいては水素生成効率もできるだけ高く維持できる。
【００１４】
（４）本発明では、第１流量制御弁を第１ＥＧＲ通路に設け、第２流量制御弁を第２ＥＧＲ通路に設け、制御装置によりこれら第１及び第２流量制御弁を独立して駆動する。これにより、内燃機関の運転状態に合わせて最適なトータルＥＧＲ量に維持しながら、改質触媒に流入する酸素量の増加又は過剰な増加を防止し、水素生成効率を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気還流装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施形態に係る燃料改質器の構成を模式的に示す図である。
【図３】上記実施形態に係る改質触媒の構成を模式的に示す図である。
【図４】上記実施形態に係る第１ＥＧＲ弁及び第２ＥＧＲ弁のそれぞれの開度の設定処理を示すフローチャートである。
【図５】燃料改質器による水素生成効率と、燃料改質器に供給される排気の酸素濃度との関係を示す図である。
【図６】空燃比に基づいて第１／第２ＥＧＲ比を決定するためのマップの具体例を示す図である。
【図７】改質触媒の温度と水素生成効率との関係を示す図である。
【図８】空燃比と改質触媒へ供給される排熱量との関係を示す図である。
【図９】燃料改質器における電場形成の要否を判断する手順を示すフローチャートである。
【図１０】改質触媒の温度と投入電力との関係を示す図である。
【図１１】トータルＥＧＲ量（又は過給圧）と改質触媒の温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、単に「エンジン」という）１と、その排気還流装置２の構成を模式的に示す図である。エンジン１は、混合気の空燃比をストイキよりもリーンにする所謂リーン燃焼を基本とし、一時的に混合気の空燃比をストイキ又はストイキよりリッチにするディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。
【００１７】
エンジン１には、吸気が流れる吸気管１２と、排気が流れる排気管１３と、排気の圧力を利用して吸気を圧送する過給機１４と、排気管１３内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管１２に還流する排気還流装置２と、排気を浄化する触媒浄化装置４と、エンジン１や排気還流装置２を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、が設けられている。
【００１８】
触媒浄化装置４は、排気管１３に設けられ排気を浄化する排気浄化触媒や、この排気を浄化するために必要な還元剤を供給する還元剤供給装置などで構成される。この排気浄化触媒には、例えば、ストイキ空燃比下で排気を浄化する三元触媒や、リーン空燃比下で排気中のＮＯｘを浄化するＤｅＮＯｘ触媒など、が用いられる。
【００１９】
エンジン１の混合気の空燃比は、排気管１３に設けられた酸素濃度センサ１７の出力に基づいてＥＣＵ５によって制御される。ＥＣＵ５は、触媒浄化装置４によって排気が最適な態様で浄化されるように、混合気の空燃比をストイキよりリーンにする所謂リーン運転（例えば、ＡＦ＝１７以上）と、混合気の空燃比をストイキ近傍にする所謂ストイキ運転（例えば、ＡＦ＝１４〜１５程度）とを選択的に切り替える。より具体的には、ＥＣＵ５は、例えばエンジン１の始動直後や高負荷運転時などには三元触媒を主体として排気を浄化すべくストイキ運転を行い、それ以外の時は三元触媒とＤｅＮＯｘ触媒との両方を利用して排気を浄化すべくリーン運転を行う。
【００２０】
過給機１４は、排気管１３に設けられたタービン１５と、吸気管１２に設けられたコンプレッサ１６とを備える。タービン１５は、排気管１３を流れる排気の運動エネルギーにより駆動される。コンプレッサ１６は、タービン１５により回転駆動され、吸気を加圧する。
【００２１】
排気還流装置２は、排気管１３のうちタービン１５より上流側と吸気管１２のうちコンプレッサ１６より下流側とを連通する第１ＥＧＲ管２１と、この第１ＥＧＲ管２１に設けられ、ＥＧＲガスを利用することで改質ガスを生成する燃料改質器３と、第１ＥＧＲ管２１のうち燃料改質器３の上流側と下流側とを連通しこの燃料改質器３をバイパスする第２ＥＧＲ管２２と、第１ＥＧＲ管２１のうち燃料改質器３より下流側に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、を備える。
【００２２】
第１ＥＧＲ管２１には第１ＥＧＲ弁２４が設けられ、第２ＥＧＲ管２２には第２ＥＧＲ弁２５が設けられる。なお、本実施形態では、第１ＥＧＲ弁２４を第１ＥＧＲ管２１のうち第２ＥＧＲ管２２との分岐部と燃料改質器３との間に設けた例について説明するが、第１ＥＧＲ弁２４を設ける位置は第１ＥＧＲ管２１内であればどこでもよい。
【００２３】
以下では、燃料改質器３を流れる排気（以下、「第１ＥＧＲガス」という）の流量を、第１ＥＧＲ量と定義し、燃料改質器３をバイパスし第２ＥＧＲ管２２を介して流れる排気（以下、「第２ＥＧＲガス」という）の流量を、第２ＥＧＲ量と定義する。また、排気還流装置２全体によって還流される排気の量（以下、「トータルＥＧＲ量」という）は、第１ＥＧＲ量と第２ＥＧＲ量の和で定義される。また、第２ＥＧＲ量に対する第１ＥＧＲ量の割合（第１ＥＧＲ量／第２ＥＧＲ量）を、以下では第１／第２ＥＧＲ比と定義する。第１ＥＧＲ弁２４を開側に駆動すると、第１ＥＧＲ量とトータルＥＧＲ量は増加側に変化し、第１／第２ＥＧＲ比は大きくなる。また第２ＥＧＲ弁２５を開側に駆動すると、第２ＥＧＲ量とトータルＥＧＲ量は増加側に変化し、第１／第２ＥＧＲ比は小さくなる。
【００２４】
これら第１ＥＧＲ弁２４及び第２ＥＧＲ弁２５は、各々の駆動装置（図示せず）を介してＥＣＵ５に接続される。ＥＣＵ５は、後に図４を参照して説明する手順によって第１ＥＧＲ弁２４の開度及び第２ＥＧＲ弁２５の開度を設定し、各々の駆動装置は設定された開度になるように第１ＥＧＲ弁２４及び第２ＥＧＲ弁２５を駆動する。
【００２５】
図２は、燃料改質器３の構成を模式的に示す図である。
燃料改質器３は、第１ＥＧＲ管２１内に設けられた改質触媒３１と、改質触媒３１にＥＧＲガスの上流側から燃料を噴射する燃料インジェクタ３２と、この改質触媒３１に電力を供給する電源３３と、を備える。
【００２６】
燃料インジェクタ３２は、第１ＥＧＲ管２１のうち、改質触媒３１よりも上流側に設けられる。燃料インジェクタ３２は、図示しない燃料タンク内に貯蔵された燃料を改質触媒３１の上端面へ向けて噴射する。なお、燃料インジェクタ３２から噴射する燃料は、エンジンに供給する燃料と同じものが用いられるが、これに限らない。
【００２７】
改質触媒３１は、改質反応を促進する内部触媒が担持された基材３１１と、基材３１１の上流端部と下流端部に設けられた電極対３１２，３１３と、を備える。
基材３１１には、絶縁性（例えば、セラミック）の材料で形成されたフロースルー型のハニカム構造体が用いられる。基材３１１に担持される内部触媒には、例えばＰｔ／ＣｅＯ２などの既知の材料が用いられる。基材３１１の上端面と下端面にはそれぞれ導電性材料（例えば、Ａｇ）のコーティング層３１４，３１５が形成される。
【００２８】
電極対３１２，３１３には、排気の流れを阻害しないように複数の貫通孔が形成された金属製のパンチングプレートやメッシュ材などが用いられる。これら電極対３１２，３１３は、基材３１１をコーティング層３１４，３１５から挟み込むように設けられる（図３参照）。
電源３３は、例えば直流電源であり、その正極は上流側の電極３１２に接続され、負極は下流側の電極３１３に接続される。電源３３は、後に図９を参照して説明する手順に従って定められたタイミングでこれら電極対３１２，３１３間に電圧を印加し、改質触媒３１に電場を形成する。
【００２９】
次に、図４−６を参照して、第１ＥＧＲ弁及び第２ＥＧＲ弁の開度を設定する手順について説明する。
図４は、排気還流装置における第１ＥＧＲ弁及び第２ＥＧＲ弁のそれぞれの開度の設定処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、上述の空燃比制御と並行してＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。
【００３０】
Ｓ１では、エンジンの運転状態を示す複数のパラメータ（エンジン回転数、要求トルクなど）に基づいて、排気還流装置によって還流させるＥＧＲガスの総量（単位時間当りの量）に相当するトータルＥＧＲ量を決定する。
【００３１】
Ｓ２では、第１／第２ＥＧＲ比を決定する。以下、この第１／第２ＥＧＲ比を決定する具体的な方法について説明する前に、燃料改質器の改質触媒に供給される排気の酸素濃度と、改質触媒で進行する改質反応との関係について説明する。
【００３２】
燃料改質器の改質触媒では、燃料（例えば、イソオクタン、Ｃ８Ｈ１６）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）のみが存在する場合、下記式（１）に示すような水蒸気改質反応が進行する。またこの水蒸気改質反応は吸熱反応である。この場合、１モルのイソオクタンから２５モルの水素分子が生成される。
Ｃ８Ｈ１８＋１６Ｈ２Ｏ→８ＣＯ２＋２５Ｈ２    （１）
【００３３】
これに対し、燃料と酸素（Ｏ２）のみが存在し、水蒸気が存在しない場合、下記式（２）に示すようないわゆる部分酸化反応が進行する。部分酸化反応は、発熱反応である。この場合、１モルのイソオクタンから９モルの水素分子しか生成されない。
Ｃ８Ｈ１８＋８Ｏ２→８ＣＯ２＋９Ｈ２      （２）
【００３４】
図５は、燃料改質器による水素生成効率［％］と、燃料改質器に供給される排気の酸素濃度［ｖｏｌ％］との関係を示す図である。なお水素生成効率とは、改質触媒に投入された燃料のうち水素に転化したものの割合をいう。この水素生成効率は、燃料改質器が効率的に水素を生成していることを示す目安となっている。また図５に示すグラフは、排気の酸素濃度以外の条件（例えば、排気流量、改質触媒の温度、及び改質触媒に流入する水蒸気の量など）は一定の下、排気の酸素濃度のみを変えて得られたものである。
【００３５】
図５に示すように、排気の酸素濃度が高くなるほど水素生成効率は低下する。これは、改質触媒に流入する排気の酸素濃度が高くなるほど、換言すれば改質触媒に単位時間当りに流入する酸素の量が多くなるほど、高収率の水蒸気改質反応に比して低収率の部分酸化反応が進行する割合が多くなり、改質触媒全体の水素生成効率が低下したからであると考えられる。
【００３６】
図４に戻って、Ｓ２では、排気の酸素濃度又はこれに直接相関のある現在のエンジンの混合気の空燃比に基づいて、改質触媒による水素生成効率が高く維持されるように、既知の方法（例えば、予め定められた演算式に基づく演算、又はマップ検索等）により第１／第２ＥＧＲ比を決定する。
【００３７】
図６は、空燃比に基づいて第１／第２ＥＧＲ比を決定するためのマップの具体例を示す図である。図６において、横軸は空燃比であり、縦軸は第１／第２ＥＧＲ比である。図６において、実線は空燃比と第１／第２ＥＧＲ比との関係を示す。また、図６には、トータルＥＧＲ量を一定にしたまま空燃比のみをストイキからリーンまで変化させたときにおけるＥＧＲガスの内訳の変化を示すグラフを重ねて示す。
【００３８】
排気の酸素濃度は、混合気の空燃比が小さくなるほど低下する。そしてストイキでは、排気の酸素濃度はほぼ０になる。図５を参照して説明したように、排気の酸素濃度が高くなるほど水素生成効率は低下する。このため、第１／第２ＥＧＲ比は、空燃比が大きくなるほど、すなわち排気の酸素濃度が高くなるほど、小さくなるように設定される。このように第１／第２ＥＧＲ比を設定することにより、トータルＥＧＲ量を変更することなく、空燃比が大きくなるほど燃料改質器に流入する酸素の量が増加又は過剰に増加するのを防止でき、ひいては改質触媒による水素生成効率を高く維持できる。
【００３９】
図４に戻って、Ｓ３では、上記Ｓ１で決定したトータルＥＧＲ量及びＳ２で決定した第１／第２ＥＧＲ比に基づいて、これらに対応する第１ＥＧＲ弁の開度及び第２ＥＧＲ弁の開度を設定し、この処理を終了する。
【００４０】
次に、図７−９を参照して、改質触媒に電場を生成するタイミングを判断する手順について説明する。
図７は、改質触媒の温度と水素生成効率との関係を示す図である。図７において実線は、電源をオフにし改質触媒に電場を形成していない状態で排気及び燃料を供給して水素を生成させた場合を示す。図７において破線は、電源をオンにし改質触媒に所定の大きさの電場を形成した状態で排気及び燃料を供給して水素を生成させた場合を示す。
【００４１】
改質触媒では、排気の熱及び排気に含まれる水を利用し、排気に含まれる未燃燃料及び燃料インジェクタから噴射された燃料から、水蒸気改質反応及び部分酸化反応によって水素を生成する。また、上述のように比較的高収率の水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、積極的な排熱の供給が必要である。このため図７において実線で示すように、改質触媒の温度が低くなるほど水素生成効率は低下する。しかし、図７において破線で示すように、改質触媒に電場を形成した場合、電場を形成していない場合と比較してより低温の領域から高効率で水素を生成できる。また、電場を形成することにより水素生成効率の向上に寄与する効果は、改質触媒の温度が所定の温度（図７中、ＴＥで例示する）を超えると小さくなる。
【００４２】
図８は、トータルＥＧＲ量を一定に保ちながら図６に示すように空燃比に基づいて第１／第２ＥＧＲ比を制御した場合における、空燃比と改質触媒へ供給される排熱量との関係を示す図である。
図６を参照して説明したように、空燃比が大きくなるほど第１／第２ＥＧＲ比は小さくなるように制御される。したがって、空燃比が大きくなるほど第１ＥＧＲ量は小さくなり、改質触媒へ供給される排熱量も減少し、ひいては改質触媒の温度も低下する。図６に示すような空燃比に維持し続けた場合における改質触媒の温度をＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、及びＴＤとし、これを図７に示す。
【００４３】
図７に示すように、空燃比をストイキ又はストイキよりややリーン側にした場合における改質触媒の温度ＴＡ，ＴＢは、上記限界温度ＴＥよりも高い。この場合、改質触媒に電場を形成しても、水素生成効率の向上に寄与する効果は小さいため、不要な電力消費を抑制すべく電源はオフにすることが好ましい。一方、空燃比をさらにリーンにすると、改質触媒の温度ＴＣ，ＴＤは、上記限界温度ＴＥよりも低下する。この場合、電源をオンし、改質触媒に電場を形成し、図７において破線で示すように水素生成効率を向上させることが好ましい。
【００４４】
図９は、燃料改質器における電場形成の要否を判断する手順を示すフローチャートである。図９に示す処理は、上述の空燃比制御と並行してＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。
【００４５】
Ｓ１１では、改質触媒に供給される排熱量とほぼ比例関係にある第１ＥＧＲ量が所定の下限流量よりも低いか否かを判別する。ここで、第１ＥＧＲ量は、例えば図４のＳ１で決定したトータルＥＧＲ量とＳ２で決定した第１／第２ＥＧＲ比とに基づいて算出される。また、上記下限流量は、図７における限界温度ＴＥと対応しており、電場形成の要否を判断するための閾値として予め行われた実験により設定される。
【００４６】
Ｓ１１の判別がＮＯの場合、改質触媒に電場を形成する必要はないと判断し、電源をオフにし（Ｓ１２）、この処理を終了する。Ｓ１１の判別がＹＥＳの場合、電源をオンにし（Ｓ１３）、この処理を終了する。これにより、電極対に電圧が印加され、これら電極対間に設けられた改質触媒に電場が形成される。なお、ここで改質触媒に形成する電場の強さ、すなわち電源から改質触媒への投入電力は、図７において破線で示すような水素生成効率の十分な効果が見込まれる程度の大きさに設定される。
【００４７】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、排気の酸素濃度が高いほど第１／第２ＥＧＲ比を小さくすることにより、トータルＥＧＲ量をエンジンの運転状態に応じた最適な量から低下させることなく、改質触媒に流入する酸素の量が増加又は過剰に増加するのを防止し、改質触媒における水素生成効率を高く維持することができる。
【００４８】
（２）本実施形態では、燃料改質器を介して還流される排気の量が所定の下限流量よりも少なくなった場合には、電源を駆動し改質触媒の両端に設けられた電極対に電圧を印加し、改質触媒に電場を形成する。これにより、上述のように排気の酸素濃度に応じて第１／第２ＥＧＲ比を小さくしたことにより生じる排気熱の改質触媒への供給不足を補い、水素生成効率を高く維持できる。
【００４９】
（３）本実施形態では、排気管のうち比較的排気温度が高いタービンより上流側の排気をＥＧＲガスとして還流し改質触媒に供給することにより、改質触媒の温度をできるだけ高く維持し、ひいては水素生成効率もできるだけ高く維持できる。
【００５０】
（４）本実施形態では、第１ＥＧＲ弁を第１ＥＧＲ管に設け、第２ＥＧＲ弁を第２ＥＧＲ管に設け、ＥＣＵによりこれら第１及び第２ＥＧＲ弁を独立して駆動する。これにより、エンジンの運転状態に合わせて最適なトータルＥＧＲ量に維持しながら、改質触媒に流入する酸素量の増加又は過剰な増加を防止し、水素生成効率を高く維持できる。
【００５１】
（５）本実施形態では、燃料改質器３より下流側にＥＧＲクーラ２３を設けた（図１参照）。これにより、ＥＧＲクーラ２３によって冷却される前の高温のＥＧＲガスを燃料改質器３に導入できるので、燃料改質器３を高温に維持し、水蒸気改質反応によって高効率で水素を生成できる。また、ＥＧＲクーラ２３には吸熱反応である水蒸気改質反応を経て温度が低下したＥＧＲガス（改質ガス）を導入できるので、ＥＧＲクーラ２３の負担を軽減できる。また、このようにＥＧＲガスの冷却機能の一部を燃料改質器３に分担することにより、その分だけＥＧＲクーラ２３を小型化できるので、排気還流装置２全体の重量及びコストを低減できる。
ところで、排気中のＨＣが付着することによりＥＧＲクーラ２３による冷却効率が低下した場合には、一時的に高温のＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２３に供給しＨＣを酸化除去することによって、ＥＧＲクーラ２３による冷却効率を回復させる場合がある。しかしながら、このようなＨＣの酸化除去を行うと、ＥＧＲガスを高温にするために燃料が余分に必要になるばかりか、エンジンの燃焼が一時的に不安定になってしまう場合がある。これに対し、本実施形態では、上述のようにＥＧＲクーラ２３の負担を軽減することにより、ＨＣの酸化除去を行う頻度を減らせるので、その分だけ燃費を向上でき、かつエンジンの燃焼が不安定になるのを防止できる。
【００５２】
なお、上述した実施形態は、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、図９を参照して説明したように、改質触媒の温度に直接相関のある第１ＥＧＲ量に基づいて電場形成の要否を判断したが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ＥＧＲ量と下限流量とを比較する替わりに、改質触媒の温度と上記限界温度ＴＥとを比較し、電場形成の要否を判断してもよい。
【００５３】
上記実施形態では、燃料改質器３において水蒸気改質反応によって水素を生成するために必要な水は、排気に含まれるもの、すなわちエンジンで燃料を燃焼することによって生成された水のみを利用することを想定したが、本発明はこれに限らない。例えば、図２に示す燃料インジェクタ３２と並列に水インジェクタを設け、この水インジェクタから水を供給してもよい。
【００５４】
上記実施形態では、リーン燃焼を基本としたエンジン（例えば、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン）の排気還流装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、混合気の空燃比、ひいては排気還流装置によって還流される排気の酸素濃度に有意な変動が生じるエンジンであれば、どのようなエンジンでも適用できる。
【００５５】
上記実施形態では、電源から改質触媒への投入電力は、０か所定値か、すなわち二値的に決定したが、本発明はこれに限らない。すなわち、電源から改質触媒への投入電力は連続的に変化させてもよい。この場合、改質触媒への投入電力は、改質触媒の温度に基づいて、例えば図１０に示すようなマップに基づいて決定することが好ましい。
【００５６】
図１０は、改質触媒の温度と投入電力との関係を示す図である。図７を参照して説明したように、電場形成による水素生成効率の向上へ寄与する効果は、改質触媒の温度が限界温度ＴＥから低下するほど大きくなる傾向がある。したがって、図１０に示すように、改質触媒への投入電力は、改質触媒の温度が限界温度ＴＥから低下するに従って大きくなるように設定することが好ましい。
【００５７】
なお、以上のように投入電力を連続的に決定するための引数となる改質触媒の温度は、例えば温度センサ（図示せず）によって直接検出してよいし、既知の方法により推定してもよい。例えば、エンジン１の排気温度と改質触媒に流入するＥＧＲガスの温度と改質触媒の温度とは、それぞれほぼ比例関係にあることから、改質触媒の温度は、エンジン１の排気温度から推定できる。また、エンジン１の燃焼温度は、同一の負荷の下ではトータルＥＧＲ量が大きくなるほど、又は過給圧（コンプレッサの下流側の吸気圧）が高くなるほど低下する。したがって、エンジン１の排気温度、ひいては改質触媒の温度は、図１１に示すように、トータルＥＧＲ量が大きくなるほど、又は過給圧が高くなるほど低くなる傾向がある。したがって、トータルＥＧＲ量や過給圧などを引数として、図１１に示すようなマップを検索することによって改質触媒の温度を推定し、これを引数として投入電力を決定してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…エンジン（内燃機関）
１２…吸気管（吸気通路）
１３…排気管（排気通路）
１４…過給機
１５…タービン
２…排気還流装置
２１…第１ＥＧＲ管（第１ＥＧＲ通路）
２２…第２ＥＧＲ管（第２ＥＧＲ通路）
２４…第１ＥＧＲ弁（ＥＧＲ比制御手段、第１流量制御弁）
２５…第２ＥＧＲ弁（ＥＧＲ比制御手段、第２流量制御弁）
３…燃料改質器
３１…改質触媒
３１２，３１３…電極対
３３…電源（電圧印加装置）
５…ＥＣＵ（ＥＧＲ比制御手段）
【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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【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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