(57)【要約】【課題】反応初期電圧を低減でき、安価な燃料改質装置を提供すること。【解決手段】燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置３であって、一対の電極３１２，３１３と、電極３１２，３１３間に設けられ、燃料の改質反応を促進する改質触媒コンバータ３１と、改質触媒コンバータ３１に燃料を供給する改質燃料インジェクタ３２と、改質触媒コンバータ３１に電場を形成するための電源３３と、改質触媒コンバータ３１を還元処理する還元処理手段と、を備え、還元処理手段は、電源３３により改質触媒コンバータ３１に電場を形成する前に、改質触媒コンバータ３１を還元処理することを特徴とする燃料改質装置３である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置であって、
一対の電極と、
該電極間に設けられ、前記燃料の改質反応を促進する改質触媒と、
該改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記改質触媒に電場を形成する電場形成手段と、
前記改質触媒を還元処理する還元処理手段と、を備え、
前記還元処理手段は、前記電場形成手段により前記改質触媒に電場を形成する前に、前記改質触媒を還元処理することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記電場形成手段により前記改質触媒に電場を形成したときの前記改質触媒の状態を取得する触媒状態取得手段をさらに備え、
前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記改質触媒の状態が所定の条件を満たした場合に、前記改質触媒を還元処理す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】
前記触媒状態取得手段は、前記改質触媒の温度、前記電極間の抵抗および前記電極間の電圧のうち少なくとも１つの状態値を取得し、
前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記状態値が、それぞれ所定の閾値以上である場合に、前記改質触媒を還元処理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】
前記触媒状態取得手段は、前記改質触媒の温度および前記電極間の電圧を取得し、
前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記改質触媒の温度が所定の温度閾値以上であり且つ前記触媒状態取得手段により取得された前記電極間の電圧が所定の電圧閾値以上である場合に、前記改質触媒を還元処理することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記改質触媒は、内燃機関の排気通路から分岐して前記機関の吸気通路に至り前記機関の排気の一部を前記機関の吸気に還流するＥＧＲ通路内に設けられ、該ＥＧＲ通路内を流れる排気を利用することで水素を生成することを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記還元処理手段は、前記機関の排気の空燃比に応じて、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスの流量および前記燃料供給手段による燃料供給量を制御することで、前記改質触媒を還元処理することを特徴とする請求項５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。詳しくは、改質触媒に電場を形成することで、改質反応を促進する燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化水素系燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置について、種々の検討がなされている。例えば、一対の電極間に改質触媒を設け、該電極間に、放電形成に必要な電圧未満の電圧を印加して電場を形成することで、電極間に放電を生じさせずに改質反応を促進する燃料改質装置が提案されている（例えば、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２００９−１９０９３２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、改質触媒により改質反応を開始させるためには、改質反応を定常的に進行させるのに必要な電圧（以下、「反応定常電圧」という。）よりも高い電圧（以下、「反応初期電圧」という。）を改質触媒に印加する必要がある。そのため、反応定常電圧よりも高い反応初期電圧を出力可能な電源が必要であり、それに伴って電源の昇圧性能の向上や高圧ラインの絶縁耐圧性能の向上が必要となる等、コストが増加する。
【０００５】
また、反応初期電圧は、反応初期における電極間の抵抗と相関があることが知られている。そのため、例えばより大きなサイズの改質触媒が必要な場合には、触媒サイズの増大に伴って電極間の抵抗が高くなるため、反応初期電圧が高くなる。従って、より高い反応初期電圧を出力可能な電源が必要となり、さらにコストが増加する。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応初期電圧を低減でき、安価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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置（例えば、後述の燃料改質装置３）であって、一対の電極（例えば、後述の電極３１２，３１３）と、該電極間に設けられ、前記燃料の改質反応を促進する改質触媒（例えば、後述の改質触媒コンバータ３１）と、該改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段（例えば、後述の改質燃料インジェクタ３２）と、前記改質触媒に電場を形成する電場形成手段（例えば、後述の電源３３，ＥＣＵ５）と、前記改質触媒を還元処理する還元処理手段（例えば、後述のＥＣＵ５，ＥＧＲ弁２５，改質燃料インジェクタ３２，図８の還元処理制御の実行に係る手段）と、を備え、前記還元処理手段は、前記電場形成手段により前記改質触媒に電場を形成する前に、前記改質触媒を還元処理することを特徴とする燃料改質装置を提供する。
【０００８】
本発明では、一対の電極間に改質触媒を設け、この改質触媒に対して、電場を形成する前に還元処理を実行する。
通常、改質触媒には、酸素吸蔵放出能（以下、「ＯＳＣ能」という。）を有するセリア等が含まれるため、吸蔵する酸素の存在によって改質触媒の電気抵抗は見かけ上増大する。これに対して本発明によれば、電場を形成する前に改質触媒を還元処理することで、吸蔵されていた酸素を消失させることができる。その結果、改質触媒の電気抵抗が低減し、電極間の抵抗を低減できるため、反応初期電圧を低減できる。従って、電源の昇圧性能や高圧ラインの絶縁耐圧性能を緩和でき、装置構成を簡素化できるため、コストを削減できる。
また、反応初期電圧を低減できるため、反応定常電圧との差が小さくなる結果、電力集中およびそれに起因する溶損の発生を抑制できる。さらには、印加電圧を抑制できるため、放電現象の発生を抑制できる。
【０００９】
この場合、前記電場形成手段により前記改質触媒に電場を形成したときの前記改質触媒の状態を取得する触媒状態取得手段（例えば、後述のＥＣＵ５，温度センサ７２，電圧センサ３５，図６のステップＳ１１およびＳ１４の処理の実行に係る手段）をさらに備え、前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記改質触媒の状態が所定の条件を満たした場合に、前記改質触媒を還元処理することが好ましい。
【００１０】
例えば、燃料改質装置を車両に搭載したときの振動や経年劣化によって、電極と改質触媒との間に空気（酸素）が介在するようになる。すると、この絶縁性の空気（酸素）によって改質触媒の見かけ上の電気抵抗が上昇し、上昇した抵抗に相当する高電圧の印加が必要となる。そのため、反応初期電圧を低減するためには、上述のように改質触媒を還元処理して空気（酸素）を消失させる必要がある。
これに対してこの発明によれば、改質触媒の抵抗や電圧等の状態値を取得し、取得された改質触媒の状態値が所定の条件を満たした場合に、改質触媒を還元処理する。これにより、より適切なタイミングで改質触媒を還元処理できるため、還元処理に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、反応初期電圧を低減できる。
【００１１】
この場合、前記触媒状態取得手段は、前記改質触媒の温度、前記電極間の抵抗および前記電極間の電圧のうち少なくとも１つの状態値を取得し、前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記状態値が、それぞれ所定の閾値（例えば、後述の電圧閾値，温度閾値）以上である場合に、前記改質触媒を還元処理することが好ましい。
【００１２】
この発明では、改質触媒の温度、電極間の抵抗および電極間の電圧のうち少なくとも１つの触媒状態値を取得し、取得された触媒状態値がそれぞれ所定の閾値以上である場合に、改質触媒を還元処理する。ここで、電極間の抵抗および電圧は、改質触媒の電気抵抗および電圧を表している。従って、この発明によれば、改質触媒の状態に応じて改質触媒を還元処理するため、上述の各効果がより確実に奏される。
【００１３】
この場合、前記触媒状態取得手段は、前記改質触媒の温度および前記電極間の電圧を取得し、前記還元処理手段は、前記触媒状態取得手段により取得された前記改質触媒の温度が所定の温度閾値（例えば、後述の温度閾値）以上であり且つ前記触媒状態取得手段により取得された前記電極間の電圧が所定の電圧閾値（例えば、後述の電圧閾値）以上である場合に、前記改質触媒を還元処理することが好ましい。
【００１４】
この発明では、改質触媒の温度および電極間の電圧を取得し、取得された改質触媒の温度が所定の温度閾値以上であり且つ取得された電極間の電圧が所定の電圧閾値以上である場合に、改質触媒を還元処理する。これにより、上述の各効果がさらに確実に奏される。
【００１５】
この場合、前記改質触媒は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管１３）から分岐して前記機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に至り前記機関の排気の一部を前記機関の吸気に還流するＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ管２１）内に設けられ、該ＥＧＲ通路内を流れる排気を利用することで水素を生成することが好ましい。
【００１６】
この発明では、内燃機関の排気の一部を吸気に還流するＥＧＲ通路内に、改質触媒を配置する。これにより、ＥＧＲ通路内を流れる排気を利用することで、効率良く水素を生成できる。また、生成した水素を、ＥＧＲ通路を介して内燃機関の吸気に供給することで、内燃機関の燃焼を改善できる。具体的には、ノッキングを抑制でき、熱効率を向上できる。
【００１７】
この場合、前記還元処理手段（例えば、後述のＥＣＵ５，ＬＡＦセンサ７１，ＥＧＲ弁２５，改質燃料インジェクタ３２）は、前記機関の排気の空燃比（例えば、後述の排気Ａ／Ｆ）に応じて、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲ流量（例えば、後述の通常ＥＧＲ量，省燃料用ＥＧＲ量）および前記燃料供給手段による燃料供給量（例えば、後述の改質燃料噴射量）を制御することで、前記改質触媒を還元処理することが好ましい。
【００１８】
この発明では、内燃機関の排気の空燃比に応じて、ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲ流量および燃料供給手段による燃料供給量を制御することで、改質触媒を還元処理する。これにより、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比に応じて、ＥＧＲ量を設定すると同時に、設定したＥＧＲ量に応じて、ＥＧＲガスの空燃比が目標空燃比となるような量の改質燃料を改質触媒に供給できるため、効率良く改質触媒を還元処理できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、反応初期電圧を低減でき、安価な燃料改質装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置に設けられた燃料改質装置を示す図である。
【図２】上記実施形態に係る燃料改質装置の構成を示す図である。
【図３】上記実施形態に係る改質触媒コンバータの構成を示す図である。
【図４】改質触媒の還元処理と反応初期電圧との関係を示す図である。
【図５】上記実施形態に係る還元処理実行の手順を示すフローチャートである。
【図６】上記実施形態に係る還元処理要否判定の手順を示すフローチャートである。
【図７】上記実施形態に係る還元処理要否判定の一例を示すタイムチャートである。
【図８】上記実施形態に係る還元処理要否判定マップである。
【図９】上記実施形態に係る還元処理制御の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
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の排気還流装置２に設けられた燃料改質装置３を示す図である。
【００２２】
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６と、エンジン１、排気還流装置２および燃料改質装置３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。
【００２３】
エンジン１には、シリンダ内に適切な空燃比の混合気が形成されるように、燃料タンク１８から供給された燃料を噴射するエンジン燃料インジェクタ１１が設けられている。エンジン燃料インジェクタ１１は、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続される。燃料タンク１８には、ガソリンや軽油等の炭化水素系燃料が貯蔵される他、これら炭化水素系燃料にアルコール燃料が混合された混合燃料が貯蔵される。
【００２４】
触媒浄化装置６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等で構成される。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触媒等が用いられる。
【００２５】
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。
【００２６】
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ＥＧＲ管２１と、このＥＧＲ管２１に設けられ、ＥＧＲ管２１を流れるガスを利用することで含水素の改質ガスを生成する燃料改質装置３と、ＥＧＲ管２１のうち燃料改質装置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。
【００２７】
以下では、排気還流装置２によって還流されるガス（エンジン１から排出された排気に、後述の改質燃料インジェクタ３２から噴射された燃料を加えたものを含む）を、ＥＧＲガスという。また、排気還流装置２全体によって還流されるＥＧＲガスの流量を、ＥＧＲ量という。ＥＧＲ管２１のうち燃料改質装置３より上流側には、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁２５が設けられる。
【００２８】
ＥＧＲ弁２５は、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続される。ＥＣＵ５は、後述する還元処理制御によってＥＧＲ量を設定し、駆動装置は設定された量のＥＧＲガスが流れるようにその開度を調整する。
【００２９】
図２は、燃料改質装置３の構成を示す図である。
燃料改質装置３は、ＥＧＲ管２１内に設けられた改質触媒コンバータ３１と、改質触媒コンバータ３１に流入する排気に燃料を噴射する改質燃料インジェクタ３２と、この改質触媒コンバータ３１に電場を形成する電源３３と、電圧センサ３５と、を備える。
【００３０】
改質燃料インジェクタ３２は、燃料タンク１８（図１参照）内に貯蔵された燃料を排気中に噴射する。改質燃料インジェクタ３２は、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続される。ＥＣＵ５は、後述する還元処理制御によって、要求される量の水素を生成するために必要な改質燃料噴射量を設定し、駆動装置は、設定された量の燃料が噴射されるように改質燃料インジェクタ３２を駆動する。
【００３１】
改質触媒コンバータ３１は、改質反応を促進する改質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一対の電極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に担持される改質触媒には、例えばＰｔ／ＣｅＯ２等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。
【００３２】
以上のような改質触媒を備えた改質触媒コンバータ３１では、燃料（例えばイソオクタン、Ｃ８Ｈ１６）および必要な水（Ｈ２Ｏ）を含むＥＧＲガスが供給されると、主に、下記（１）〜（３）式に示すような３種類の改質反応が進行し得る。
Ｃ８Ｈ１８＋１６Ｈ２Ｏ→８ＣＯ２＋２５Ｈ２            （１）
Ｃ８Ｈ１８＋８Ｏ２→８ＣＯ２＋９Ｈ２                  （２）
Ｃ８Ｈ１８＋４Ｏ２＋８Ｈ２Ｏ→８ＣＯ２＋１７Ｈ２      （３）
【００３３】
改質触媒コンバータ３１に十分な量の燃料と水が供給されると、（１）式に示す水蒸気改質反応が進行する。水蒸気改質反応によれば、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。従って、式（１）〜（３）の中で最も水素生成効率が高い反応となっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、水蒸気改質反応によって定常的に水素を生成し続けるためには、改質触媒コンバータ３１には、十分な排気熱を供給し触媒温度を高く維持し続けるか、あるいは電源３３により十分な強さの電場を改質触媒コンバータ３１に形成する必要がある。
【００３４】
改質触媒コンバータ３１に十分な量の燃料と酸素が供給されると、（２）式に示す部分酸化反応が進行する。部分酸化反応によれば、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。従って、式（１）〜（３）の中で最も水素生成効率が低い反応となっている。なお、部分酸化反応は、発熱反応である。
【００３５】
改質触媒コンバータ３１に十分な燃料と水と酸素が供給されると、式（２）に示す部分酸化反応と水性ガスシフト反応（８ＣＯ＋８Ｈ２Ｏ→８ＣＯ２＋８Ｈ２）によって、（３）式に示すような反応が進行する。この（３）式の反応によれば、１モルのイソオクタンから１７モルの水素分子が生成される。
【００３６】
一対の電極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等が用いられる。これら一対の電極３１２，３１３は、基材３１１をコーティング層３１４，３１５を介して挟み込むように設けられる（図３参照）。
【００３７】
電源３３は、例えば直流電源である。上流側の電極３１２は正極として、下流側の電極３１３は負極として、それぞれ電源３３に接続される。電源３３から改質触媒コンバータ３１への投入電力の大きさは、ＥＣＵ５により設定される。
【００３８】
電圧センサ３５は、一対の電極３１２，３１３間の電圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。ＥＣＵ５は、後述する還元処理要否判定により、電圧センサ３５の出力に基づいて一対の電極３１２，３１３間の電圧を取得し、取得された電圧値に基づいて還元処理の要否を判定する。
【００３９】
図１に戻って、ＥＣＵ５には、ＬＡＦセンサ７１および温度センサ７２等が接続されている。
ＬＡＦセンサ７１は、排気管１３に設けられ、排気の酸素濃度（空燃比Ａ／Ｆ）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。このＬＡＦセンサ７１は、検出箇所の空燃比に略比例したリニアな出力特性を有する。
温度センサ７２は、ＥＧＲ管２１のうち燃料改質装置３とＥＧＲクーラ２３との間のＥＧＲガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。燃料改質装置３の改質触媒の温度は、温度センサ７２の出力に基づいてＥＣＵ５によって推定される。
【００４０】
以上の構成を備える本実施形態に係る燃料改質装置３では、改質触媒に電場を形成する前に改質触媒を還元処理することで、反応初期電圧を低減する。以下、改質触媒の還元処理と反応初期電圧との関係について説明する。
図４は、改質触媒の還元処理と反応初期電圧との関係を示す図である。具体的には、図４は、新品の改質触媒、新品の改質触媒に対して電場を形成した後の改質触媒（以下、「電場形成後の改質触媒」という。）、および新品の改質触媒に対して還元処理を実行した後の改質触媒（以下、「還元処理後の改質触媒」という。）それぞれの反応初期電圧を示す図である。図４において、縦軸は反応初期電圧を表しており、横軸は改質触媒長さを表している。改質触媒長さは、電極間に配置された改質触媒の長さ、即ち電場を形成する電極間距離に相当する。
【００４１】
図４に示すように、改質触媒長さが長くなるに従い、新品の改質触媒の反応初期電圧が急激に高くなっていることが分かる。これは、触媒サイズの増大に伴って電極間の抵抗が急激に高くなるためである。従って、触媒サイズの増大に伴い、非常に大きな電源最大電圧を確保する必要がある。
【００４２】
これに対して、還元処理後の改質触媒は、改質触媒長さが同一の新品の改質触媒と比べて、反応初期電圧が大幅に低減していることが分かる。具体的には、還元処理後の改質触媒の反応初期電圧は、電場形成後の反応初期電圧とほぼ同等レベルである。このことから、改質触媒に対して還元処理をすることで、反応初期電圧を大幅に低減できることが分かる。
【００４３】
次に、本実施形態に係る燃料改質装置３の還元処理について説明する。
図５は、本実施形態に係る還元処理実行の手順を示すフローチャートである。図５に示す処理は、ＥＣＵにより所定の周期ごとに実行される。
【００４４】
ステップＳ１では、後段で図６を参照して説明する還元処理要否判定を実行し、改質触媒を還元処理する必要があるか否かを判定する。判定後、ステップＳ２に移る。ステップＳ２では、ステップＳ１の還元処理要否判定で設定された還元処理フラグが「１」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ３に移り、ＮＯの場合には本処理を終了する。
【００４５】
ステップＳ３では、後段で図７を参照して説明する還元処理制御を実行し、改質触媒を還元処理する。実行後、ステップＳ４に移る。ステップＳ４では、還元処理が完了しているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には本処理を終了し、ＮＯの場合にはステップＳ３に戻って還元処理制御を再実行する。
【００４６】
図６は、本実施形態に係る還元処理要否判定の手順を示すフローチャートである。以下に詳述するように、この還元処理要否判定では、改質触媒に電場を形成したときの改質触媒の状態を取得し、取得された改質触媒の状態が所定の条件を満たしているか否かに応じて、還元処理の要否を判定する。
【００４７】
ステップＳ１１では、改質触媒の温度（触媒温度）を取得する。具体的には、温度センサの出力に基づいて、ＥＣＵにより触媒温度を推定して取得する。取得後、ステップＳ１２に移る。
【００４８】
ステップＳ１２では、後述するステップＳ１３の判別で用いる温度閾値を検索する。具体的には、温度閾値は、各温度での改質反応進行時の反応定常電圧に基づいて検索される。その後、ステップＳ１３に移る。
【００４９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で取得した触媒温度が、ステップＳ１２で検索された温度閾値以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、触媒温度の観点から改質触媒に対する還元処理を実行する必要があると判断し、ステップＳ１４に移る。また、この判別がＮＯの場合には、改質触媒に対する還元処理を実行する必要が無いと判断し、ステップＳ１７に移って還元処理フラグを「０」に設定し、本処理を終了する。
【００５０】
ステップＳ１４では、改質触媒に電圧を印加して電場を形成している状態において、電極間電圧を取得する。具体的には、改質触媒に所定の電場を形成するために、一定の電流値を電極間に印加したときの電極間の電圧を、電圧センサの出力に基づいて取得する。取得後、ステップＳ１５に移る。
【００５１】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４で取得した電極間電圧が所定の電圧閾値以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、改質触媒に対する還元処理を実行する必要があると判断し、ステップＳ１６に移って還元処理フラグを「１」に設定し、本処理を終了する。また、この判別がＮＯの場合には、ステップＳ１７に移って還元処理フラグを「０」に設定し、本処理を終了する。
【００５２】
ここで、ステップＳ１５の判別に用いる電圧閾値について説明する。
図７は、本実施形態に係る還元処理要否判定の一例を示すタイムチャートである。図７において、横軸は時間を表している。図７に示すように、電圧閾値は、改質反応進行時の反応定常電圧に設定される。なお、反応定常電圧としては、電極間に印加する電流値、触媒温度、ＥＧＲ量、ＥＧＲガス組成、ＥＧＲガスのＡ／ＦまたはＥＧＲガス中の水蒸気量に応じて持ち替えるか、あるいは本処理直前の一定時間における反応定常電圧の平均値が用いられる。
【００５３】
また、図７に示すように、電圧閾値には、ノイズや定常時の変動電圧幅を考慮してヒステリシス幅を持たせている。これにより、取得された電極間電圧が電圧閾値以上となり、還元処理フラグが「１」に設定されて還元処理が実行された後に、ノイズや定常時の変動電圧幅で電極間電圧が変動して電圧閾値を頻繁に跨ぐようになり、還元処理の終了や開始が頻繁に行われるのが回避される。
【００５４】
以上のような手順で実行される本実施形態の還元処理要否判定マップを図８に示す。図８において、横軸は電極間電圧を表しており、縦軸は改質触媒温度を表している。図８では、電圧閾値は、触媒温度に応じて持ち替えられた反応定常電圧に設定されており、触媒温度が高いほど電圧閾値は高く設定される。
上述したように、触媒温度が温度閾値未満である場合には、電極間電圧によらず還元処理フラグは「０」に設定されることが図８から分かる。また、触媒温度が温度閾値以上である場合において、電極間電圧が電圧閾値未満である場合には還元処理フラグは「０」に設定される一方、電極間電圧が電圧閾値以上である場合には還元処理フラグは「１」に設定されることが図８から分かる。
【００５５】
図９は、本実施形態に係る還元処理制御の手順を示すフローチャートである。以下に詳述するように、本実施形態に係る還元処理制御では、エンジンの排気の空燃比（以下、「排気Ａ／Ｆ）という。）に応じて、ＥＧＲ管内を流れるＥＧＲ量および改質燃料インジェクタによる改質燃料噴射量を制御することで、改質触媒を還元処理する。
【００５６】
ステップＳ３１では、ＬＡＦセンサの出力に基づいて取得されたエンジンの排気Ａ／Ｆが、所定のＡ／Ｆ閾値以下であるか否かを判別する。Ａ／Ｆ閾値は、後述するように燃費の観点から予め設定される。この判別がＹＥＳの場合には、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比が、リーンではあるものの、リーンの中でもよりリッチ側にあると判断し、ステップＳ３２に移る。
ステップＳ３２では、ＥＣＵによりＥＧＲ弁を制御して、ＥＧＲ量を、通常の量である通常ＥＧＲ量に設定する。これは、ＥＧＲガスの空燃比がリーンの中でもよりリッチ側にあることから、ＥＧＲガスの空燃比をリッチ、即ち還元雰囲気とするのにそれほど多くの改質燃料を必要としないため、ＥＧＲガス量を絞る必要が無いからである。
同時に、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比が所定の目標空燃比となるように、通常ＥＧＲ量に応じた改質燃料噴射量を設定する。これにより、目標空燃比に設定されたＥＧＲガスによって、改質触媒が還元処理される。
【００５７】
また、上記のステップＳ３１の判別がＮＯの場合には、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比が、リーンの中でもよりリーン側にあると判断し、ステップＳ３３に移る。
ステップＳ３３では、ＥＣＵによりＥＧＲ弁を制御して、ＥＧＲ量を、上述の通常ＥＧＲ量よりも少ない省燃料用ＥＧＲ量に設定する。これは、ＥＧＲガスの空燃比がリーンの中でもよりリーン側にあることから、ＥＧＲガスの空燃比をリッチ、即ち還元雰囲気とするのに多量の改質燃料を必要とするため、燃費の観点からＥＧＲガス量を絞る必要があるためである。
同時に、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比が上述の目標空燃比となるように、省燃料用ＥＧＲ量に応じた改質燃料噴射量を設定する。これにより、目標空燃比に設定されたＥＧＲガスによって、改質触媒が還元処理される。
【００５８】
ステップＳ３４では、上述した還元処理要否判定を実行してステップＳ３５に移る。ステップＳ３５では、ステップＳ３４の還元処理要否判定で設定された還元処理フラグが「０」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、還元処理が不要であると判断し、ステップＳ３６に移って還元処理を終了し、本処理を終了する。また、この判別がＮＯの場合には、還元処理が必要であると判断し、ステップＳ３７に移って還元処理を継続し、本処理を終了する。
【００５９】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、一対の電極３１２，３１３間に改質触媒を設け、この改質触媒に対して、電場を形成する前に還元処理を実行した。
通常、改質触媒には、ＯＳＣ能を有するセリア等が含まれるため、吸蔵する酸素の存在によって改質触媒の電気抵抗は見かけ上増大する。これに対して本実施形態によれば、電場を形成する前に改質触媒を還元処理することで、吸蔵されていた酸素を消失させることができる。その結果、改質触媒の電気抵抗が低減し、電極３１２，３１３間の抵抗を低減できるため、反応初期電圧を低減できる。従って、電源３３の昇圧性能や高圧ラインの絶縁耐圧性能を緩和でき、装置構成を簡素化できるため、コストを削減できる。
また、反応初期電圧を低減できるため、反応定常電圧との差が小さくなる結果、電力集中およびそれに起因する溶損の発生を抑制できる。さらには、印加電圧を抑制できるため、放電現象の発生を抑制できる。
【００６０】
例えば、燃料改質装置３を車両に搭載したときの振動や経年劣化によって、電極３１２，３１３と改質触媒との間に空気（酸素）が介在するようになる。すると、この絶縁性の空気（酸素）によって改質触媒の見かけ上の電気抵抗が上昇し、上昇した抵抗に相当する高電圧の印加が必要となる。そのため、反応初期電圧を低減するためには、上述のように改質触媒を還元処理して空気（酸素）を消失させる必要がある。
これに対して本実施形態によれば、改質触媒の抵抗や電圧等の状態値を取得し、取得された改質触媒の状態値が所定の条件を満たした場合に、改質触媒を還元処理した。これにより、より適切なタイミングで改質触媒を還元処理できるため、還元処理に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、反応初期電圧を低減できる。
【００６１】
また本実施形態では、改質触媒の温度、電極３１２，３１３間の抵抗および電極３１２，３１３間の電圧のうち少なくとも１つの触媒状態値を取得し、取得された触媒状態値がそれぞれ所定の閾値以上である場合に、改質触媒を還元処理した。ここで、電極間の抵抗および電圧は、改質触媒の電気抵抗および電圧を表している。従って、本実施形態によれば、改質触媒の状態に応じて改質触媒を還元処理するため、上述の各効果がより確実に奏される。
【００６２】
また本実施形態では、改質触媒の温度および電極間の電圧を取得し、取得された改質触媒の温度が所定の温度閾値以上であり且つ取得された電極間の電圧が所定の電圧閾値以上である場合に、改質触媒を還元処理した。これにより、上述の各効果がさらに確実に奏される。
【００６３】
また本実施形態では、エンジン１の排気の一部を吸気に還流するＥＧＲ管２１内に、改質触媒を配置した。これにより、ＥＧＲ管２１内を流れる排気を利用することで、効率良く水素を生成できる。また、生成した水素を、ＥＧＲ管２１を介してエンジン１の吸気に供給することで、エンジン１の燃焼を改善できる。具体的には、ノッキングを抑制でき、熱効率を向上できる。
【００６４】
また本実施形態では、エンジン１の排気の空燃比に応じて、ＥＧＲ管２１内を流れるＥＧＲ量および改質燃料インジェクタ３２による改質燃料噴射量を制御することで、改質触媒を還元処理した。これにより、改質触媒に流入するＥＧＲガスの空燃比に応じて、ＥＧＲ量（通常ＥＧＲ量、省燃料用ＥＧＲ量）を設定すると同時に、設定した各ＥＧＲ量に応じて、ＥＧＲガスの空燃比が目標空燃比となるような量の改質燃料を改質触媒に供給できるため、効率良く改質触媒を還元処理できる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００６６】
上記実施形態では、取得された改質触媒の状態が所定の条件を満たした場合に、改質触媒を還元処理する構成としたが、これに限定されない。例えば、改質触媒の状態を確認せずに、電場を形成する前に改質触媒に還元処理を実行してもよい。特に、出荷前の新品の改質触媒の場合には、改質触媒の状態を確認せずに改質触媒に対して還元処理を実行することで、反応初期電圧を大幅に低減できる。
【００６７】
上記実施形態では、電圧センサ３５の出力に基づいて電極３１２，３１３間の電圧を取得し、取得された電圧値が所定の電圧閾値以上である場合に改質触媒を還元処理したが、これに限定されない。電極３１２，３１３間の抵抗を取得し、取得された抵抗値が所定の抵抗閾値以上である場合に、改質触媒を還元するように構成してもよい。このときの抵抗閾値は、改質反応が定常的に進行するときの抵抗値に設定される。
【符号の説明】
【００６８】
１…エンジン（内燃機関）
１３…排気管（排気通路）
１２…吸気管（吸気通路）
２…排気還流装置
２１…ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
２５…ＥＧＲ弁（還元処理手段）
３…燃料改質装置
３１…改質触媒コンバータ（改質触媒）
３２…改質燃料インジェクタ（燃料供給手段）
３３…電源（電場形成手段）
３５…電圧センサ（触媒状態取得手段）
３１２，３１３…電極
５…ＥＣＵ（電場形成手段，還元処理手段，触媒状態取得手段）
７１…ＬＡＦセンサ（還元処理手段）
７２…温度センサ（触媒状態取得手段）
【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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