(57)【要約】【課題】電場が形成された改質触媒によって生成した含水素の改質ガスとともに排気を吸気に還流させる排気還流装置であって、装置全体の水素生成効率と投入電力からみた反応効率との両方をできるだけ高くなるようにす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、排気管１３から吸気管１２に至る第１ＥＧＲ管２１及び第２ＥＧＲ管２２と、各ＥＧＲ管２１，２２に設けられ、ＥＧＲガスを利用することで水素を生成する改質触媒を備えた燃料改質器３，４と、トータルＥＧＲ量又は要求水素生成量と、各燃料改質器３，４の触媒容量と、に基づいて各ＥＧＲ管２１，２２を流れるＥＧＲガスの量を制御する三方弁２４と、燃料改質器３，４のうちＥＧＲガスを流入させ水素を生成させるもののみに電圧を印加する電源と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の所定の上流点から前記機関の吸気通路の所定の下流点に至る複数のＥＧＲ通路と、
各ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を流れる排気を利用することで水素を生成する改質触媒を備えた複数の触媒コンバータと、
前記上流点から下流点へ還流されるガスの量又は要求される水素の生成量と、各触媒コンバータの触媒容量と、に基づいて各ＥＧＲ通路を流れるガスの量を制御する流量制御手段と、
前記複数の触媒コンバータのうちガスを流入させ水素を生成させるもののみに電圧を印加する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする排気還流装置。
【請求項２】
前記複数のＥＧＲ通路の上流側の合流点より上流側に燃料を噴射する改質燃料インジェクタ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】
前記複数のＥＧＲ通路は、第１触媒コンバータが設けられた第１ＥＧＲ通路と、触媒容量が前記第１触媒コンバータよりも大きい第２触媒コンバータが設けられた第２ＥＧＲ通路と、を備え、
前記流量制御手段は、前記上流点から下流点へ還流させるガスの量又は要求される水素の生成量が所定の容量切換判定量より少ない場合には、前記第１ＥＧＲ通路のみにガスを流通させ、前記上流点から下流点へ還流させるガスの量又は要求される水素の生成量が前記容量切換判定量以上である場合には、前記第２ＥＧＲ通路のみにガスを流通させ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】
前記複数のＥＧＲ通路は、第１触媒コンバータが設けられた第１ＥＧＲ通路と、触媒容量が前記第１触媒コンバータよりも大きい第２触媒コンバータが設けられた第２ＥＧＲ通路と、を備え、
前記流量制御手段は、前記第１ＥＧＲ通路を流れるガスの量に対する前記第２ＥＧＲ通路を流れるガスの量の比が、前記第１触媒コンバータの触媒容量に対する前記第２触媒コンバータの触媒容量の比と同じになるようにす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５】
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から分岐し前記機関の吸気通路に至るＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を流れる排気を利用することで水素を生成する改質触媒を備えた触媒コンバータと、
前記触媒コンバータの排気の流れ方向に沿った全区間又は一部の区間に電場を形成する電場形成手段と、を備え、
前記電場形成手段は、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量又は要求される水素の生成量に基づいて、前記触媒コンバータに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換えることを特徴とする排気還流装置。
【請求項６】
前記触媒コンバータは、
改質触媒が担持された第１基材と、
前記第１基材より下流側に設けられ、改質触媒が担持された第２基材と、
前記第１基材の上流端部に設けられた第１電極と、
前記第２基材の下流端部に設けられた第２電極と、
前記第１基材の下流端部かつ前記第２基材の上流端部に設けられた中間電極と、を備え、
前記電場形成手段は、前記第１電極及び第２電極のうち何れか一方の電極を正極及び負極のうち何れか一方の極性とし、他方の極性を前記中間電極及び他方の電極で切り換えることにより、電場を形成する区間を全区間と一部の区間とで切り換えることを特徴とする請求項５に記載の排気還流装置。
【請求項７】
前記電場形成手段は、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量又は要求される水素の生成量が所定の容量切換判定量より少ない場合には前記一部の区間に電場を形成し、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量又は要求される水素の生成量が前記容量切換判定量以上である場合には前記全区間に電場を形成することを特徴とする請求項５又は６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、内燃機関の排気通路から吸気通路へ至る排気還流通路に、２つの改質室と、これら２つの改質室に流入する排気量を制御する開閉弁と、を備えたシステムが提案されている。このシステムでは、２つの改質室のうち一方の改質室をより熱的に有利な排気通路の上流側に設け、他方の改質室を熱的に不利な排気通路の下流側に設ける。そして、これら改質室内の改質触媒の床温に応じて開閉弁を開いたり閉じたりすることにより、活性に達していない改質触媒に排気及び改質に必要な燃料が供給されないようにしている。特許文献１の発明では、このように改質触媒の温度に応じて排気の流れを制御することにより、活性に達した改質触媒のみを利用して効率的に水素を生成し、吸気に還流する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９１９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年では、改質触媒に電場を形成することにより、電場を形成していない場合と比較して特に低温の領域における水素生成効率（改質触媒に投入された燃料のうち水素に転化した割合）を向上できることが知られている。しかしながら、例えば特許文献１に示すように複数の改質触媒を備えたシステムにおいて各改質触媒に電場を形成した場合、どのようにすれば装置全体の水素生成効率だけでなく、改質触媒に投入した電力からみた効率（投入した電力当りの水素生成量をいい、以下、「反応効率」という）も向上できるかについては、これまで十分に検討されていない。
【０００６】
本発明は、電場が形成された改質触媒によって生成した含水素の改質ガスとともに排気を吸気に還流させる排気還流装置であって、装置全体の水素生成効率と投入電力からみた反応効率との両方をできるだけ高くなるようにす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）の所定の上流点から前記機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）の所定の下流点に至る複数のＥＧＲ通路（例えば、後述の第１ＥＧＲ管２１及び第２ＥＧＲ管２２）と、各ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を流れる排気を利用することで水素を生成する改質触媒を備えた複数の触媒コンバータ（例えば、後述の燃料改質器３，４の改質触媒コンバータ）と、前記上流点から下流点へ還流されるガスの量（例えば、後述のトータルＥＧＲ量）又は要求される水素の生成量（例えば、後述の要求水素生成量）と、各触媒コンバータの触媒容量と、に基づいて各ＥＧＲ通路を流れるガスの量を制御する流量制御手段（例えば、後述の、三方弁２４、ＥＣＵ５、及び図６の流量制御の実行に係る手段）と、前記複数の触媒コンバータのうちガスを流入させ水素を生成させるもののみに電圧を印加する電圧印加手段（例えば、後述の電源３３及びＥＣＵ５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）この場合、前記排気還流装置は、前記複数のＥＧＲ通路の上流側の合流点より上流側に燃料を噴射する改質燃料インジェクタ（例えば、後述の改質燃料インジェクタ３２）をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
（３）この場合、前記排気還流装置は、前記複数のＥＧＲ通路は、第１触媒コンバータ（例えば、後述の第１燃料改質器３の改質触媒コンバータ３１）が設けられた第１ＥＧＲ通路（例えば、後述の第１ＥＧＲ管２１）と、触媒容量が前記第１触媒コンバータよりも大きい第２触媒コンバータ（例えば、後述の第２燃料改質器４の改質触媒コンバータ）が設けられた第２ＥＧＲ通路（例えば、後述の第２ＥＧＲ管２２）と、を備え、前記流量制御手段は、前記上流点から下流点へ還流させるガスの量又は要求される水素の生成量が所定の容量切換判定量（例えば、後述の図６のＳ２の第１容量切換判定量）より少ない場合には、前記第１ＥＧＲ通路のみにガスを流通させ、前記上流点から下流点へ還流させるガスの量又は要求される水素の生成量が前記容量切換判定量以上である場合には、前記第２ＥＧＲ通路のみにガスを流通させることが好ましい。
【００１０】
（４）この場合、前記複数のＥＧＲ通路は、第１触媒コンバータが設けられた第１ＥＧＲ通路と、触媒容量が前記第１触媒コンバータよりも大きい第２触媒コンバータが設けられた第２ＥＧＲ通路と、を備え、前記流量制御手段は、前記第１ＥＧＲ通路を流れるガスの量に対する前記第２ＥＧＲ通路を流れるガスの量の比が、前記第１触媒コンバータの触媒容量に対する前記第２触媒コンバータの触媒容量の比と同じになるようにすることが好ましい。
【００１１】
（５）本発明の排気還流装置（例えば、後述の排気還流装置２Ａ）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）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）から分岐し前記機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に至るＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ管２１Ａ）と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を流れる排気を利用することで水素を生成する改質触媒を備えた触媒コンバータ（例えば、後述の改質触媒コンバータ３１Ａ）と、前記触媒コンバータの排気の流れ方向に沿った全区間又は一部の区間に電場を形成する電場形成手段（例えば、後述の電源３３Ａ、負極切換スイッチ３３１Ａ、及びＥＣＵ５Ａ）と、を備え、前記電場形成手段は、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量（例えば、後述のトータルＥＧＲ量）又は要求される水素の生成量（例えば、後述の要求水素生成量）に基づいて、前記触媒コンバータに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換えることを特徴とする。
【００１２】
（６）この場合、前記触媒コンバータは、改質触媒が担持された第１基材（例えば、後述の第１基材３１１Ａ）と、前記第１基材より下流側に設けられ、改質触媒が担持された第２基材（例えば、後述の第２基材３１２Ａ）と、前記第１基材の上流端部に設けられた第１電極（例えば、後述の第１電極３１３Ａ）と、前記第２基材の下流端部に設けられた第２電極（例えば、後述の第２電極３１４Ａ）と、前記第１基材の下流端部かつ前記第２基材の上流端部に設けられた中間電極（例えば、後述の中間電極３１５Ａ）と、を備え、前記電場形成手段は、前記第１電極及び第２電極のうち何れか一方の電極を正極及び負極のうち何れか一方の極性とし、他方の極性を前記中間電極及び他方の電極で切り換えることにより、電場を形成する区間を全区間と一部の区間とで切り換えることが好ましい。
【００１３】
（７）前記電場形成手段は、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量又は要求される水素の生成量が所定の容量切換判定量（例えば、後述の図２０のＳ６１の容量切換判定量）より少ない場合には前記一部の区間に電場を形成し、前記ＥＧＲ通路を流れるガスの量又は要求される水素の生成量が前記容量切換判定量以上である場合には前記全区間に電場を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
（１）本発明では、ＥＧＲ通路に排気を利用して水素を生成する触媒コンバータを設け、この触媒コンバータに電圧を印加する。
ここで、触媒コンバータの触媒容量と水素生成効率及び反応効率との関係について説明する。先ず、触媒容量が小さいと電力密度が高くなるため、触媒容量が大きい場合と比較して少ない投入電力でも有意な水素生成効率向上の効果が得られる。一方触媒容量が大きいと、触媒容量と比較して投入電力を大きくしなければ有意な水素生成効率向上の効果は得られない。したがって、触媒コンバータに流入するガスの量が少ない場合には、水素生成効率と反応効率との両方を高くするためには、触媒容量は小さい方が好ましい。
一方、触媒コンバータに流入するガスの触媒上における滞留時間は、触媒容量が小さくなるほど短くなる。このため、触媒容量の大きさに比して流入するガス量が過剰に多くなると、換言すれば流入するガス量に対する触媒容量の比（以下、「容量／流入ガス量比」という）が所定の最適比から過剰に小さくなると、水素生成効率は低下する。また、この容量／流入ガス量比の低下による水素生成効率の低下は、触媒コンバータへの投入電力をいくら大きくしても回復することはできない。したがって、触媒コンバータに流入するガスの量が多い場合には、水素生成効率と反応効率との両方を高くするためには、触媒容量は大きい方が好ましい。
以上をまとめると、電場が形成された触媒コンバータにおいて、水素生成効率と投入電力からみた反応効率との両方を高くするためには、ガス量の増加に応じて触媒容量を大きくする必要がある。換言すれば、容量／流入ガス量比が所定の最適比から小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止することにより、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【００１５】
本発明では、複数のＥＧＲ通路のそれぞれに触媒コンバータを設け、上流点から下流点へ還流されるガスの量（すなわち、複数のＥＧＲ通路を介して還流されるガスの量の総和）と各触媒コンバータの触媒容量とに基づいて、各ＥＧＲ通路を流れるガスの量を制御するとともに、水素を生成させる触媒コンバータにのみ電圧を印加し、電場を形成する。これにより、上流点から下流点へ還流されるガスの量に応じて、各触媒コンバータにはそれぞれの触媒容量に応じた適切な量のガスを供給できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高くすることができる。
また、本発明では、複数の触媒コンバータを異なるＥＧＲ通路に設けた。したがって、後述のように複数の基材と電極とを直列に組み合わせて触媒コンバータを形成し、これを１つのＥＧＲ通路に設けた場合と比較すれば、各触媒コンバータに印加する電圧を低くできるので、電源装置を小型化でき、かつ比較的容易に電気回路の絶縁性も確保できる。
なお、触媒コンバータによって生成させる水素の量を増加させるには、触媒コンバータに流入するガスの量を増加させなければならない。したがって、装置全体で要求される水素の生成量と、上流点から下流点へ還流されるガスの量とが、ほぼ比例関係になる場合がある。したがって、上流点から下流点へ還流されるガスの量の代わりに、要求される水素の生成量に基づいて各ＥＧＲ通路を流れるガスの量を制御しても、同様の効果を奏する。
【００１６】
（２）本発明では、改質燃料インジェクタにより、複数のＥＧＲ通路の上流側の合流点より上流側に燃料を噴射する。これにより、１つの改質燃料インジェクタにより、複数の触媒コンバータに、水素を生成するために必要な燃料を供給することができる。
【００１７】
（３）本発明では、第１ＥＧＲ通路に第１触媒コンバータを設け、第２ＥＧＲ通路に第１触媒コンバータよりも触媒容量が大きい第２触媒コンバータを設ける。そして、上流点から下流点へ還流させるガスの量が所定の第１判定量より少ない場合には、小さな触媒容量の第１触媒コンバータが設けられた第１ＥＧＲ通路のみにガスを流通させ、還流させるガスの量が第１判定量以上である場合には、大きな触媒容量の第２触媒コンバータが設けられた第２ＥＧＲ通路のみにガスを流通させる。すなわち本発明では、還流させるガスの量の増加に応じてガスの流れる経路を切り換え触媒容量をより大きなものとすることにより、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【００１８】
（４）本発明では、第１ＥＧＲ通路を流れるガスの量に対する第２ＥＧＲ通路を流れるガスの量の比が、第１触媒コンバータの触媒容量に対する第２触媒コンバータの触媒容量の比と同じにすることにより、２つの触媒コンバータのうち、どちらかの容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら水素を生成できる。
【００１９】
（５）触媒コンバータに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換えることにより、１つの触媒コンバータによって実質的な触媒容量を大きくしたり小さくしたりできる。本発明は、ＥＧＲ通路を流れるガスの量に基づいて、触媒コンバータに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換える。これにより、ＥＧＲ通路を介して還流されるガスの量が変化しても、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
なお、上述のように、装置全体で要求される水素の生成量と、上流点から下流点へ還流されるガスの量とが、ほぼ比例関係になる場合がある。したがって、上流点から下流点へ還流されるガスの量の代わりに、要求される水素の生成量に基づいて電場を形成する区間を切り換えても、同様の効果を奏する。
【００２０】
（６）本発明では、触媒コンバータを第１基材と第２基材とに分け、中間電極をこれら第１及び第２基材の間で共通電極として設け、第１及び第２電極でこれら第１及び第２基材を両側から挟む。そして、第１及び第２電極の何れか一方の電極を正極及び負極の何れか一方の極性とし、他方の極性を中間電極と他方の電極とで切り換えることによって、電場を形成する区間を全区間（第１電極から第２電極までの区間）と一部の区間（第１電極から中間電極まで、又は中間電極から第２電極までの区間）とで切り換える。これにより、複数の電源が不要になるので、装置全体の構成を簡易にできる。
【００２１】
（７）本発明では、ＥＧＲ通路を流れるガスの量が所定の容量切換判定量より少ない場合には一部の区間に電場を形成し、触媒コンバータの触媒容量を実質的に小さくする。そして、ＥＧＲ通路を流れるガスの量が容量切換判定量以上である場合には全区間に電場を形成し、触媒コンバータの触媒容量を実質的に大きくする。これにより、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンとその排気還流装置の構成を示す図である。
【図２】第１燃料改質器の構成を示す図である。
【図３】改質触媒コンバータの構成を示す図である。
【図４】改質触媒コンバータへの投入電力と水素生成効率との関係を示す図である。
【図５】改質触媒コンバータへの投入電力と反応効率との関係を示す図である。
【図６】各ＥＧＲ管におけるＥＧＲガスの流量制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図７】エンジン燃料噴射量、改質燃料噴射量、及び投入電力を設定する手順を示すフローチャートである。
【図８】改質燃料噴射量と生成される水素の量との関係を模式的に示す図である。
【図９】改質触媒温度に基づいて改質燃料噴射量に対する補正値を決定するマップの例を示す図である。
【図１０】水噴射量に基づいて改質燃料噴射量に対する補正値を決定するマップの例を示す図である。
【図１１】改質触媒温度に基づいて投入電力に対する補正値を決定するマップの例を示す図である。
【図１２】水噴射量に基づいて投入電力に対する補正値を決定するマップの例を示す図である。
【図１３】水噴射量を設定する手順を示すフローチャートである。
【図１４】リーン運転時の空燃比に基づいて水噴射量を設定するマップを示す図である。
【図１５】改質触媒コンバータに流れる電流をステップ状に変化させた場合における電圧挙動を示す図である。
【図１６】電流と電圧の標準偏差値との関係を示す図である。
【図１７】触媒再生処理の実行の要否を判断する手順を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第２実施形態に係るエンジンとその排気還流装置の構成を示す図である。
【図１９】燃料改質器の構成を示す図である。
【図２０】触媒容量切換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】
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１７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と、その排気還流装置２の構成を示す図である。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。ＥＣＵ５は、後に図７を参照して説明する手順によってエンジン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エンジン燃料インジェクタ１１を駆動する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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含水素の改質ガスを生成する第１燃料改質器３と、第１ＥＧＲ管２１のうち第１燃料改質器３の上流側と下流側とを連通する第２ＥＧＲ管２２と、この第２ＥＧＲ管２２に設けられた第２燃料改質器４と、第１ＥＧＲ管２１のうち燃料改質器３，４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。
【００２９】
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及び後述の水インジェクタ３４から噴射された水を加えたもの）を、ＥＧＲガスという。特に、第１ＥＧＲ管２１のうち第１燃料改質器３を流れるＥＧＲガス（以下、「第１ＥＧＲガス」という）の流量を第１ＥＧＲ量と定義し、第２ＥＧＲ管２２のうち第２燃料改質器４を流れるＥＧＲガス（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ＥＧＲガスの量（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。
【００３０】
第１ＥＧＲ管２１のうち、第２ＥＧＲ管２２と上流側の合流部には、排気管１３側から導入されたＥＧＲガスを第１燃料改質器３側と第２燃料改質器４側に分流する三方弁２４が設けられる。また、第１ＥＧＲ管２１のうち三方弁２４より上流側には、トータルＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁２５が設けられる。
【００３１】
これら三方弁２４及びＥＧＲ弁２５は、各々の図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続される。ＥＣＵ５は、図示しないＥＧＲ制御処理によってトータル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。また、ＥＣＵ５は、後に図６を参照して説明する手順によってＥＧＲガスの経路を設定し、駆動装置は、設定された経路に応じて三方弁２４を駆動し、第２燃料改質器４側のポートを遮断したり、第１燃料改質器３側のポートを遮断したり、あるいは第１燃料改質器３側と第２燃料改質器４側とで所定の比率で分流したりする。
【００３２】
第１ＥＧＲ管２１のうち、燃料改質器３，４とＥＧＲクーラ２３との間には、温度センサ２６が設けられる。温度センサ２６は、燃料改質器３，４によって生成された水素を含む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。ＥＣＵ５では、温度センサ２６からの出力に基づいて、燃料改質器３，４の後述の改質触媒の温度を推定する。
【００３３】
図２は、第１燃料改質器３の構成を示す図である。
第１燃料改質器３は、第１ＥＧＲ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（図１参照）と、改質触媒コンバータ３１に流入する排気に水を噴射する水インジェクタ３４（図１参照）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。
【００３４】
図１に示すように、改質燃料インジェクタ３２と水インジェクタ３４は、第１ＥＧＲ管２１のうち三方弁２４より上流側に設けられる。改質燃料インジェクタ３２は、図示しない燃料タンク内に貯蔵された燃料を排気中に噴射する。水インジェクタ３４は、図示しない水タンク内に貯蔵された水を排気中に噴射する。これら改質燃料インジェクタ３２及び水インジェクタ３４から供給された燃料と水は、第１燃料改質器３及び第２燃料改質器４の両方に排気とともに供給される。
【００３５】
これら改質燃料インジェクタ３２及び水インジェクタ３４は、各々の図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続される。ＥＣＵ５は、後に図７を参照して説明する手順によって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。また、ＥＣＵ５は、後に図１３を参照して説明する手順によって水噴射量を設定し、駆動装置は、設定された量の水が噴射されるように水インジェクタ３４を駆動する。
【００３６】
図２に戻って、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に担持される改質触媒には、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。
【００３７】
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）及び必要な水（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）
【００３８】
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。したがって、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、あるいは触媒温度の低下を補うように、後述の電源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。
【００３９】
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。したがって、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。部分酸化反応は、発熱反応である。
【００４０】
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。
【００４１】
ここで、エンジンの排気、ひいては改質触媒コンバータ３１に流入するＥＧＲガスの酸素濃度と、改質触媒コンバータ３１で進行する反応との関係について説明する。エンジンの排気の酸素濃度は、混合気の空燃比をストイキ又はストイキよりリッチ側にするとほぼ０であるが、空燃比をストイキよりリーン側にすると高くなる。そして改質触媒コンバータ３１に流入するＥＧＲガスに酸素が含まれていると、上記式（１）の水蒸気改質反応の他、上記式（２）に示す部分酸化反応や上記式（３）に示す部分酸化反応と水性ガスシフト反応とを合わせた反応が進行する。
【００４２】
特に、改質触媒コンバータ３１に流入する酸素量に対し、改質触媒コンバータ３１に流入する水の量が不足すると、式（３）に対しより水素生成効率の低い式（２）の反応が進行する割合が高くなる。また、改質触媒コンバータ３１に流入する酸素量に対し、改質触媒コンバータ３１に流入する水の量が十分である場合には、式（２）に対しより水素生成効率の高い式（３）の反応が進行する割合が高くなる。このため、リーン運転を行っている間は、改質触媒コンバータ３１に流入する酸素量を推定するとともに、この流入酸素量に対し十分な量の水が改質触媒コンバータ３１に流入するように、水インジェクタから水を噴射することにより、式（２）に対し式（３）が進行する割合を多くし、装置全体の水素生成効率を高くする必要がある。この水インジェクタからの水噴射量を設定する手順については、後に図１３を参照して説明する。
【００４３】
また、リーン運転を行っている間に水インジェクタから水を供給することによって装置全体の水素生成効率を向上させた場合、その分だけ改質燃料インジェクタからの改質燃料噴射量を減らすことができる。式（２）と式（３）とを比較して明らかなように、式（２）によって改質した場合と式（３）によって改質した場合とでは、同一量の水素を得るために必要となる燃料の比は、下記式（４）のようになる。
式（２）の反応の必要燃料量：式（３）の反応の必要燃料量＝１７：９        （４）
【００４４】
上記式（４）は、式（２）の反応を全て式（３）の反応に置き換えることにより、改質触媒コンバータ３１に供給する燃料量を約５３％まで削減できることを意味する。換言すると、リーン運転時に水インジェクタから水を供給することによって改質触媒コンバータ３１に供給する燃料量の削減限界の理論値は４７％である。
【００４５】
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。ＥＣＵは、後に図６を参照して説明する手順に従って電場を形成するタイミングを設定し、電源３３は設定されたタイミングに従って電極対３１２，３１３間に電圧を印加し、改質触媒コンバータ３１に電場を形成する。なお、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、後に図７に示す手順に従ってＥＣＵにより設定される。
【００４６】
電圧センサ３５は、電極対３１２，３１３間の電圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵに送信する。ＥＣＵでは、後に図１７を参照して説明するように、電圧センサ３５の出力に基づいて電極対３１２，３１３間の電圧の標準偏差値を算出し、これに基づいて炭素成分の付着を判断する。
【００４７】
以上、第１燃料改質器３の構成について、図２及び図３を参照して説明した。この第１燃料改質器３と並列に設けられる第２燃料改質器４の構成は、基本的には第１燃料改質器３と同じであるので、詳細な説明を省略する。ただし、第２燃料改質器４が備える改質触媒コンバータの触媒容量（改質触媒が担持されたフロースルー基材の容量）は、第１燃料改質器３が備える改質触媒コンバータ３１（図２参照）よりも大きい。
【００４８】
次に、改質触媒コンバータに形成する電場の強さ、すなわち改質触媒コンバータへの投入電力と水素生成効率や反応効率との関係について説明する。本発明において、水素生成効率は、改質触媒コンバータに投入された燃料のうち水素に転化した割合で定義する。また、反応効率は、投入した電力当りの水素生成量で定義する。電場が形成された改質触媒コンバータにＥＧＲガスを供給し、改質ガスを生成する場合、装置全体のエネルギー効率を向上するためには、水素生成効率だけでなく反応効率も考慮しなければならない。
【００４９】
図４は、改質触媒コンバータへの投入電力と水素生成効率との関係を示す図である。
図５は、改質触媒コンバータへの投入電力と反応効率との関係を示す図である。これら図４及び５には、触媒容量が小さいものについては細線で示し、触媒容量が大きいものについては太線で示す。また、改質触媒コンバータに流入するＥＧＲガスの量が少ない場合については実線で示し、多い場合については破線で示す。
【００５０】
先ず、触媒容量が小さいと電力密度が高くなる。このため、触媒容量が小さい場合、大きい場合と比較して少ない投入電力でも有意な水素生成効率向上の効果が得られる。一方触媒容量が大きいと、触媒容量と比較して投入電力を大きくしなければ有意な水素生成効率向上の効果は得られない。したがって、改質触媒コンバータに流入するＥＧＲガスの量が少ない場合には、水素生成効率と反応効率との両方を高くするためには、触媒容量は小さい方が好ましい。
【００５１】
一方、改質触媒コンバータに流入するＥＧＲガスの触媒上における滞留時間は、触媒容量が小さくなるほど短くなる。このため、触媒容量の大きさに比して流入するＥＧＲガス量が過剰に多くなると、換言すれば流入するＥＧＲガスの量に対する触媒容量の比（以下、「容量／流入ガス量比」という）が所定の最適比から過剰に小さくなると、水素生成効率は低下する。また、この容量／流入ガス量比の低下による水素生成効率の低下は、改質触媒コンバータへの投入電力をいくら大きくしても回復することはできない。したがって、改質触媒コンバータに流入するＥＧＲガスの量が多い場合には、水素生成効率と反応効率との両方を高くするためには、触媒容量は大きい方が好ましい。
【００５２】
以上をまとめると、電場が形成された改質触媒コンバータにおいて、水素生成効率と反応効率との両方を高くするためには、流入するＥＧＲガスの量の増加に応じて触媒容量を大きくする必要がある。換言すれば、容量／流入ガス量比が所定の最適比から小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止することにより、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【００５３】
以下、図１及び図６を参照して、各燃料改質器に流入するＥＧＲガスの容量／流入ガス量比が所定の最適比から小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりしないように、トータルＥＧＲ量と各燃料改質器の触媒容量とに基づいて、各ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの量を制御する具体的な手順について説明する。
【００５４】
図１に示すように、排気還流装置２は、並列に延びる２つのＥＧＲ管２１，２２と、各ＥＧＲ管２１，２２に設けられ異なる触媒容量の改質触媒コンバータを備えた２つの燃料改質器３，４と、を備える。したがって、排気還流装置２では、三方弁２４によってＥＧＲガスの経路を切り換えることにより、装置全体での触媒容量を３段階に切り換えることができる。以下、第１ＥＧＲ管２１のみ、すなわち第１燃料改質器３のみを経由してＥＧＲガスを還流させる経路を第１ＥＧＲ経路と定義する。第２ＥＧＲ管２２のみ、すなわち第２燃料改質器４のみを経由してＥＧＲガスを還流させる経路を第２ＥＧＲ経路と定義する。また、第１ＥＧＲ管２１及び第２ＥＧＲ管２２の両方、すなわち第１燃料改質器３及び第２燃料改質器４の両方を経由してＥＧＲガスを還流させる経路を第３ＥＧＲ経路と定義する。
【００５５】
排気還流装置１のＥＧＲガスの経路を第１ＥＧＲ経路とした場合、その触媒容量は、第１燃料改質器の触媒容量と等しいから３つの経路のうち最も小さい。排気還流装置１のＥＧＲガスの経路を第２ＥＧＲ経路とした場合、その触媒容量は、第２燃料改質器の触媒容量と等しいから３つの経路のうち２番目に小さい。排気還流装置１のＥＧＲガスの経路を第３ＥＧＲ経路とした場合、その触媒容量は、第１及び第２燃料改質器の触媒容量を合わせたものと等しいから３つの経路のうち最も大きい。
【００５６】
図１に示す排気還流装置１では、ＥＧＲガスの経路を切り換えることにより、装置全体の触媒容量を３段階で切り換えることができる。したがって、例えばトータルＥＧＲ量に対し２つの閾値を設定し、トータルＥＧＲ量の増加に応じて装置全体の触媒容量を３段階で切り換えることにより、２つの燃料改質器３，４における容量／流入ガス量比が所定の最適比から大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりするのを防止できる。
【００５７】
図６は、各ＥＧＲ管におけるＥＧＲガスの流量制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図６に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。
【００５８】
Ｓ１では、後述の触媒再生フラグが“１”であるか否かを判別する。Ｓ１の判別がＮＯである場合には、Ｓ２に移る。この触媒再生フラグは、後に詳細に説明するように、第１又は第２燃料改質器の改質触媒コンバータに炭素が付着していることを示すフラグである。
【００５９】
Ｓ２では、トータルＥＧＲ量が所定の第１容量切換判定量より少ないか否かを判別する。Ｓ２の判別がＮＯである場合には、Ｓ４に移り、ＹＥＳである場合には、Ｓ３に移る。Ｓ３では、ＥＧＲガスの経路を第１ＥＧＲ経路に設定するとともに、第１燃料改質器の改質触媒コンバータにのみ電場を形成する。すなわち、トータルＥＧＲ量が第１容量切換判定量より少ない低流量領域では、ＥＧＲガスは全て第１燃料改質器を介して還流させ、第１燃料改質器のみによって改質ガスを生成する。
【００６０】
Ｓ４では、トータルＥＧＲ量が第１容量切換判定量より大きな第２容量切換判定量より少ないか否かを判別する。Ｓ４の判別がＮＯである場合には、Ｓ６に移り、ＹＥＳである場合には、Ｓ５に移る。Ｓ５では、ＥＧＲガスの経路を第２ＥＧＲ経路に設定するとともに、第２燃料改質器の改質触媒コンバータにのみ電場を形成する。すなわち、トータルＥＧＲ量が第１容量切換判定量以上でありかつ第２容量切換判定量より少ない中流量領域では、ＥＧＲガスは全て第２燃料改質器を介して還流させ、第２燃料改質器のみによって改質ガスを生成する。
【００６１】
Ｓ６では、ＥＧＲガスの経路を第３ＥＧＲ経路に設定するとともに、第１燃料改質器と第２燃料改質器の両方の改質コンバータに電場を形成する。すなわち、トータルＥＧＲ量が第２容量切換判定量より多い高流量領域では、ＥＧＲガスは第１及び第２燃料改質器との両方を介して還流させ、これら第１及び第２燃料改質器の両方によって水素を生成する。ここで、上述のように第１燃料改質器と第２燃料改質器では触媒容量が異なっている。したがって、第１ＥＧＲ量に対する第２ＥＧＲ量の比は、第１燃料改質器の触媒容量に対する第２燃料改質器の触媒容量の比と同じになるように、三方弁による分流比を設定することが好ましい。
【００６２】
またＳ１の判別がＹＥＳであり、触媒再生フラグが“１”である場合もＳ６に移り、ＥＧＲガスの経路を第３ＥＧＲ経路に設定する。後に図７を参照して詳述するように、触媒再生フラグが“１”である場合には、エンジンの運転モードはリーン運転モードが選択される。これにより、酸素を多く含んだＥＧＲガスが第１及び第２燃料改質器に導入され、付着した炭素が燃焼、除去される。
【００６３】
次に、図７〜図１２を参照して、エンジン燃料噴射量、改質燃料噴射量、及び投入電力を設定する手順について説明する。
図７は、エンジン燃料噴射量、改質燃料噴射量、及び投入電力を設定する手順を示すフローチャートである。図７に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。
【００６４】
Ｓ１１では、エンジンの運転モードを、ストイキ運転モードとリーン運転モードの何れかに設定し、Ｓ１２に移る。上述のように、触媒浄化装置に設けられた三元触媒やＤｅＮＯｘ触媒は、特定の空燃比下で特定の機能を発揮する。Ｓ１１では、触媒浄化装置によって排気が最適な態様で浄化されるように、運転モードを、混合気の空燃比をストイキよりリーンにするリーン運転モード（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ストイキ運転モード（例えば、ＡＦ＝１４〜１５程度）との何れかから選択する。より具体的には、エンジンの始動直後や高負荷運転時には、三元触媒を主体として排気を浄化すべくストイキ運転モードが選択され、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モードが選択される。また、後述の触媒再生フラグが“１”である場合にもリーン運転モードが選択される。
なお、その排気還流装置に燃料改質器が設けられたエンジンにおいて、その混合気の空燃比は、シリンダ内に形成された混合気の燃料量（エンジン燃料インジェクタ及び改質燃料インジェクタから噴射された燃料を合わせたもの）に対する空気量の比で定義される。
【００６５】
Ｓ１２では、Ｓ１１において設定された運転モード及びエンジンの運転状態を示すパラメータ（エンジン負荷、及びエンジン回転数など）に基づいて、エンジン燃料噴射量（Ｑｉｎｊ）と改質燃料噴射量（Ｑｒｅｆ）とを合わせたトータル噴射量（Ｑｔｏｔａｌ）を決定し、Ｓ１３に移る。
【００６６】
Ｓ１３では、現在ＥＧＲ制御を実行中であるか否か、すなわちＥＧＲ弁が開かれ排気が還流されているか否かを判別する。Ｓ１３における判別がＮＯであり、燃料改質器で水素を生成できない状態である場合には、改質燃料噴射量及び投入電力を“０”に設定し（Ｓ１４）、Ｓ２１に移る。Ｓ１３における判別がＹＥＳであり、燃料改質器で水素を生成できる状態である場合には、Ｓ１５に移る。
【００６７】
Ｓ１５では、温度センサの出力に基づいて現在の改質触媒の温度を取得し、これが所定の活性温度より低いか否かを判断する。Ｓ１５の判別がＮＯである場合には、電場を形成しても水素を生成できないと判断し、Ｓ１４に移る。Ｓ１５の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ１６に移る。
【００６８】
Ｓ１６では、触媒再生フラグが“１”であるか否かを判別する。Ｓ１６の判別がＹＥＳである場合には、燃料改質器への燃料の供給を停止すべく、Ｓ１４に移る。Ｓ１６の判別がＮＯである場合には、Ｓ１７に移る。
【００６９】
Ｓ１７では、Ｓ１１において設定された運転モード及びエンジンの運転状態を示すパラメータ（エンジン負荷、及びエンジン回転数など）に基づいて、燃料改質器によって生成させる必要のある水素の量（以下、「要求水素生成量Ｑｈ」という）を決定し、Ｓ１８に移る。なお、燃料改質器で水素を生成するには、生成量に比例して多くの量のＥＧＲガスを供給する必要がある。したがって、要求水素生成量Ｑｈの上限は、トータルＥＧＲ量に基づいて定められる。
【００７０】
Ｓ１８では、要求水素生成量Ｑｈに基づいて、改質燃料噴射量及び投入電力の暫定値（Ｑ＿ｔｅｍｐ，Ｅ＿ｔｅｍｐ）を決定し、Ｓ１９に移る。より具体的には、Ｓ１７で決定された要求水素生成量Ｑｈに基づいて、この要求に応じた量の水素が生成され、かつ予め定められた各々の上限値を超えないように改質燃料噴射量及び投入電力の暫定値を決定する。
【００７１】
図８は、改質燃料噴射量（縦軸）と、生成される水素の量（横軸）との関係を模式的に示す図である。なお図８には、改質触媒の温度を上述の活性温度より高い基準温度とし、かつ水噴射量を“０”とした場合を示す。
図８に示すように、改質燃料噴射量を増加させると、水素生成量は増加する。また、投入電力を増加させると、水素生成効率が向上する。すなわち、水素生成量／改質燃料噴射量比が大きくなる。Ｓ１８では、図８に示すような所定の基準状態（改質触媒の温度＝基準温度、水噴射量＝０）の下で設定されたマップに基づいて、要求水素生成量Ｑｈを引数として、図８中の上限値に達しない範囲内で改質燃料噴射量の暫定値Ｑ＿ｔｅｍｐ及び投入電力の暫定値Ｅ＿ｔｅｍｐを決定する。
【００７２】
Ｓ１９では、現在の改質触媒温度と水噴射量とに基づいて、Ｓ１８で決定された改質燃料噴射量の暫定値Ｑ＿ｔｅｍｐを補正し、この補正後の値を確定値ＱｒｅｆとしてＳ２０に移る。より具体的には、改質触媒温度に基づいて決定された補正値Ｑ＿ｃｏｒｒ１と、水噴射量に基づいて決定された補正値Ｑ＿ｃｏｒｒ２とを暫定値Ｑ＿ｔｅｍｐに加えたものを改質燃料噴射量の確定値Ｑｒｅｆとする（下記式（５）参照）。図９に示すように、補正値Ｑ＿ｃｏｒｒ１は、改質触媒温度が基準温度より高い場合には負値に決定され、改質触媒温度が基準温度より低い場合には正値に決定される。これにより、改質燃料噴射量は、改質触媒温度が基準温度に対して低くなるほど増量側に補正される。図１０に示すように、補正値Ｑ＿ｃｏｒｒ２は、負値であり、水噴射量が増えるほど小さな値に決定される。これにより、改質燃料噴射量は、水噴射量が増えるほど減量側に補正される。
Ｑｒｅｆ＝Ｑ＿ｔｅｍｐ＋Ｑ＿ｃｏｒｒ１＋Ｑ＿ｃｏｒｒ２        （５）
【００７３】
Ｓ２０では、現在の改質触媒温にと水噴射量に基づいて、Ｓ１８で決しされた投入電力の暫定値を補正し、この補正後の値を確定値としてＳ２１に移る。より具体的には、改質触媒温度に基づいて算出した補正値Ｅ＿ｃｏｒｒ１と、水噴射量に基づいて算出した補正値Ｅ＿ｃｏｒｒ２とを暫定値Ｅ＿ｔｅｍｐに加えたものを投入電力の確定値Ｅとする（下記式（６）参照）。図１１に示すように、この補正値Ｅ＿ｃｏｒｒ１、改質触媒温度が基準温度より高い場合には負値に決定され、改質触媒温度が基準温度より低い場合には正値に決定される。これにより、投入電力は、改質触媒温度が基準温度に対して低くなるほど小さく補正される。また、図１２に示すように、補正値Ｅ＿ｃｏｒｒ２は、正値であり、水噴射量が増えるほど大きな値に決定される。これにより、投入電力は、水噴射量が増えるほど大きく補正される。
Ｅ＝Ｅ＿ｔｅｍｐ＋Ｅ＿ｃｏｒｒ１＋Ｅ＿ｃｏｒｒ２        （６）
【００７４】
Ｓ２１では、下記式（７）に示すように、トータル噴射量から改質燃料噴射量を減算することにより、エンジン燃料噴射量を決定し、この処理を終了する。
Ｑｉｎｊ＝Ｑｔｏｔａｌ−Ｑｒｅｆ        （７）
【００７５】
次に、図１３及び図１４を参照して、水噴射量を設定する手順について説明する。
図１３は、水噴射量を設定する手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、現在リーン運転中であるか否かを判別する。Ｓ３１の判別がＮＯである場合、水噴射量を“０”とし（Ｓ３２）、この処理を終了する。Ｓ３１の判別がＹＥＳである場合、Ｓ３３に移り、触媒再生フラグが“１”であるか否かを判別する。Ｓ３３の判別がＹＥＳである場合には、水噴射量を“０”とし（Ｓ３２）、この処理を終了する。Ｓ３３の判別がＮＯである場合には、現在の混合気の空燃比を引数として、図１４に示すようなマップを検索することによって水噴射量を決定し（Ｓ３４）、この処理を終了する。
【００７６】
図１４は、リーン運転モード時の空燃比に基づいて水噴射量を設定するマップを示す図である。
上述したように、排気の酸素濃度が高くなるほど、燃料改質器で進行する改質反応のうち部分酸化反応の割合が高くなるため、装置全体の水素生成効率が低下する。そこで、図１４に示すように、リーン運転モード中は、混合気の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水噴射量を多くする。
【００７７】
次に、図１５〜１７を参照して、燃料改質器の再生処理の手順について説明する。
図１５は、改質触媒コンバータに流れる電流をステップ状に変化させた場合における電圧挙動を示す図である。上段は、改質触媒コンバータに炭素が付着していない場合を示し、下段は、改質触媒コンバータに炭素が付着した場合を示す。
図１５に示すように、改質触媒コンバータに炭素が付着すると、電極と炭素成分付着箇所との間で放電が生じてしまい、これにより図１５の下段に示すように、電圧挙動が不安定になる。
図１６は、電流（横軸）と電圧の標準偏差値（縦軸）との関係を示す図である。図１６に示すように、炭素が付着した場合、電圧の標準偏差値は、そのときの電流の大きさによらず、有意な程度（検出可能な程度）に大きくなる。
【００７８】
図１７は、２つの燃料改質器の改質触媒コンバータに付着した炭素を除去する触媒再生処理の実行の要否を判断する手順を示すフローチャートである。図１６に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。
【００７９】
Ｓ５１では、第１燃料改質器の改質触媒コンバータに印加された電圧の標準偏差値を算出し、これを第１標準偏差値とし、Ｓ５２に移る。Ｓ５２では、第２燃料改質器の改質触媒コンバータに印加された電圧の標準偏差値を算出し、これを第２標準偏差値とし、Ｓ５３に移る。
【００８０】
Ｓ５３では、触媒再生フラグが１であるか否かを判別する。この触媒再生フラグは、現在、第１又は第２燃料改質器の改質触媒コンバータに炭素が付着しているため、これを除去する必要がある状態であることを示すフラグである。Ｓ５３の判別がＮＯである場合には、Ｓ５４に移り、ＹＥＳである場合には、Ｓ５６に移る。
【００８１】
Ｓ５４では、第１及び第２標準偏差値の何れかが所定の再生開始判定閾値より小さいか否かを判別する。Ｓ５４の判別がＹＥＳである場合には、炭素は付着していないと判断し、この処理を終了する。Ｓ５４の判別がＮＯである場合には、触媒再生処理を開始する必要がある程度に炭素が付着していると判断し、これを明示すべく触媒再生フラグを“１”にセットし（Ｓ５５）、この処理を終了する。ここで、触媒再生フラグを“１”にセットすることにより、エンジンの運転モードがリーン運転モードに切り換えられ（図７のＳ１１参照）、燃料及び水の噴射が停止され（図７のＳ１４、並びに図１３のＳ３３及びＳ３２参照）、さらに第１及び第２燃料改質器に酸素を含んだリーン空燃比下の排気が導入される（図６のＳ１及びＳ６参照）。このような触媒再生処理の開始以降、改質触媒コンバータに付着した炭素は時間をかけて燃焼、除去される。
【００８２】
Ｓ５６では、第１及び第２標準偏差値の何れかが上記再生開始判定閾値より小さな値に設定された再生終了判定閾値より小さいか否かを判別する。Ｓ５６の判別がＮＯである場合には、付着した炭素が未だ十分に除去されていないと判断し、引き続き触媒再生処理を継続すべく、この処理を終了する。Ｓ５６の判別がＹＥＳである場合には、触媒再生処理が終了したと判断し、これを明示すべく触媒再生フラグを“０”にセットし（Ｓ５７）、この処理を終了する。
【００８３】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、トータルＥＧＲ量と各燃料改質器の触媒容量とに基づいて、各ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの量を制御するとともに、水素を生成させる燃料改質器の改質触媒コンバータにのみ電圧を印加し、電場を形成する。これにより、トータルＥＧＲ量に応じて、各燃料改質器にはそれぞれの触媒容量に応じた適切な量のＥＧＲガスを供給できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高くすることができる。
また、本実施形態では、複数の燃料改質器を異なるＥＧＲ管に設けた。したがって、共通のＥＧＲ管に複数の改質触媒コンバータを直列に設けた場合と比較すれば、印加する電圧を低くできるので、電源装置を小型化でき、かつ比較的容易に電気回路の絶縁性も確保できる。
【００８４】
（２）本実施形態では、改質燃料インジェクタ３２により、第１ＥＧＲ管２１と第２ＥＧＲ管２２との上流側の合流点より上流側に燃料を噴射する。これにより、１つの改質燃料インジェクタ３２により、複数の燃料改質器３，４に、水素を生成するために必要な燃料を供給することができる。
【００８５】
（３）本実施形態では、第１ＥＧＲ管２１に第１燃料改質器３を設け、第２ＥＧＲ管２２に第１燃料改質器３よりも触媒容量が大きい第２燃料改質器４を設ける。そして、トータルＥＧＲ量が所定の第１容量切換判定量より少ない場合には、小さな触媒容量の第１燃料改質器３が設けられた第１ＥＧＲ管２１のみにＥＧＲガスを流通させ、トータルＥＧＲ量が第１容量切換判定量以上である場合には、大きな触媒容量の第２燃料改質器４が設けられた第２ＥＧＲ管２２のみにＥＧＲガスを流通させる。すなわち本実施形態では、トータルＥＧＲ量の増加に応じてＥＧＲガスの流れる経路を切り換え触媒容量をより大きなものとすることにより、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【００８６】
（４）本実施形態では、第１ＥＧＲ管２１を流れるＥＧＲガスの量に対する第２ＥＧＲ管２２を流れるＥＧＲガスの量の比が、第１燃料改質器３の触媒容量に対する第２燃料改質器４の触媒容量の比と同じにすることにより、２つの燃料改質器３，４のうち、どちらかの容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、装置全体の水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら水素を生成できる。
【００８７】
（５）上記実施形態では、トータル燃料噴射量Ｑｔｏｔａｌを決定し（図７のＳ１２参照）、改質触媒の状態や要求水素生成量Ｑｈに応じた改質燃料噴射量Ｑｒｅｆを決定し（図７のＳ１９参照）、その後、トータル燃料噴射量Ｑｔｏｔａｌから改質燃料噴射量Ｑｒｅｆを減算することによって、エンジン燃料噴射量Ｑｉｎｊを決定した（図７のＳ２１参照）。これにより、改質触媒への燃料の供給量を最適に保ちつつ、エンジンに供給される燃料の総発熱量を過不足無く制御できる。また、改質触媒の温度の低下に伴って投入電力Ｅを増加させた（図７のＳ２０、及び図１１参照）。また、改質触媒の温度の低下に伴って改質燃料噴射量Ｑｒｅｆを増加させた（図７のＳ１９、及び図９参照）。これにより、改質触媒の温度の低下による水素生成効率の低下を抑制できるので、水素生成量をできるだけ一定にできる。また、改質触媒の温度が所定の活性温度よりも低く、電場を形成しても効率良く水素を生成できない場合には、改質燃料噴射量Ｑｒｅｆ及び投入電力Ｅを共に“０”にし、改質反応を停止させた（図７のＳ１４、Ｓ１５参照）。これにより、過剰な投入電力の増大による改質触媒コンバータの溶損を防止できる。
【００８８】
（６）上記実施形態では、水インジェクタによって水を噴射した。これにより、改質触媒における水蒸気改質反応を促進できるので、水素生成効率を向上できる。また、リーン運転モード中に水を噴射することにより（図１２のＳ３１、Ｓ３３参照）、燃料改質器へ導入される酸素濃度の増大による水素生成効率の低下を抑制できる。また、水噴射量の増加に伴って、改質燃料噴射量Ｑｒｅｆを減少させた（図７のＳ１９、及び図１０参照）。これにより、燃費の悪化を抑制できる。また、水噴射量の増加に伴って、投入電力Ｅを増加させた（図７のＳ２０、及び図１２参照）。これにより、水の噴射による改質触媒の温度の低下、ひいては水素生成効率の低下を補うことができる。
【００８９】
（７）上記実施形態では、電圧の標準偏差値に基づいて触媒再生処理の実行の要否を判断し、必要があると判断した場合には、触媒再生処理を実行する。これにより、炭素成分が付着したことにより、意図しない放電が発生してしまい、改質反応が阻害されたり、電極や触媒が溶損に至ったりするのを未然に防止できる。またこれにより、触媒再生処理の実行の要否を判断するための装置を別途設けることなく速やかに要否を判断できる。また、触媒再生処理では、燃料や水の新たな供給を止めた上で、リーン運転モードであって酸素濃度の高い排気を燃料改質器に供給することにより、炭素を除去するためのヒータを用いる必要がない。
【００９０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図１８〜図２０を参照しながら説明する。
図１８は、本実施形態に係るエンジン１と、その排気還流装置２Ａの構成を示す図である。以下の第２実施形態の排気還流装置２Ａの説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態の排気還流装置２（図１参照）では、ＥＧＲガスの経路を変えることで装置全体の触媒容量を切り換えた。第２実施形態の排気還流装置２Ａは、電気的に触媒容量を切り換える点で、第１実施形態と異なる。
【００９１】
排気還流装置２Ａ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２１Ａと、このＥＧＲ管２１Ａ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３Ａと、ＥＧＲクーラ２３と、を備える。
【００９２】
図１９は、燃料改質器３Ａの構成を示す図である。
燃料改質器３Ａは、ＥＧＲ管２１Ａ内に設けられた改質触媒コンバータ３１Ａと、改質触媒コンバータ３１Ａ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、改質触媒コンバータ３１に流入する排気に水を噴射する水インジェクタ３４と、改質触媒コンバータ３１Ａに電場を形成する電源３３Ａと、を備える。
【００９３】
改質触媒コンバータ３１Ａは、それぞれに改質反応を促進する改質触媒が担持された第１基材３１１Ａ及び第２基材３１２Ａと、基材３１１Ａ，３１２Ａの上流端部と下流端部に設けられた第１電極３１３Ａ及び第２電極３１４Ａと、基材３１１Ａ，３１２Ａの間に設けられた中間電極３１５Ａと、を備える。第１基材３１１Ａは、第２基材３１２Ａよりも上流側に設けられる。第１電極３１３Ａは、第１基材３１１Ａの上流端部に設けられる。第２電極３１４Ａは、第２基材３１２Ａの下流端部に設けられる。中間電極３１５Ａは、第１基材３１１Ａの下流端部かつ第２基材３１２Ａの上流端部に設けられる。
【００９４】
２つの基材３１１Ａ，３１２Ａには、それぞれ絶縁性（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３１１Ａ，３１２Ａに担持される改質触媒には、例えばＰｔ／ＣｅＯ２などの既知の材料が用いられる。基材３１１Ａ，３１２Ａ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３１６Ａ，３１７Ａ，３１８Ａ，３１９Ａが形成される。３つの電極３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａは、それぞれ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３１３Ａ〜３１５Ａは、２つの基材３１１Ａ，３１２Ａをコーティング層３１６Ａ〜３１９Ａから挟み込むように設けられる。
【００９５】
電源３３Ａは、例えば直流電源である。３つの電極３１３Ａ〜３１５Ａのうち、上流側の第１電極３１３Ａは正極として、下流側の第２電極３１４Ａ及び中間電極３１５Ａは負極として、それぞれ電源３３Ａ及び負極切換スイッチ３３１Ａに接続される。負極切換スイッチ３３１Ａは、負極を第２電極３１４Ａと中間電極３１５Ａとで選択的に切り換える。したがって、第２電極３１４Ａを負極とすると、改質触媒コンバータ３１Ａの全区間（２つの基材３１１Ａ，３１２Ａを合わせた区間）にわたって電場を形成でき、中間電極３１５Ａを負極とすると、改質触媒コンバータ３１Ａの一部の区間（基材３１１Ａのみの区間）にわたって電場を形成できる。
【００９６】
なお、図１９に示す例の他、第２電極３１４Ａを正極とし、第１電極３１３Ａ及び中間電極３１５Ａを選択的に切換可能な負極としてもよい。また、第１電極３１３Ａ又は第２電極３１４Ａを負極とし、残る２つの電極を選択的に切換可能な正極としてもよい。
【００９７】
以上のように構成された燃料改質器３Ａによれば、改質触媒コンバータ３１Ａに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換えることにより、実質的な触媒容量を切り換えることができる。したがって、例えばトータルＥＧＲ量に対し閾値を設定し、トータルＥＧＲ量の増加に応じて装置全体の触媒容量を２段階で切り換えることにより、容量／流入ガス量比が所定の最適比から大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりするのを防止できる。
【００９８】
図２０は、以上のような触媒容量切換制御の手順を示すフローチャートである。
Ｓ６１では、トータルＥＧＲ量が所定の容量切換判定量より少ないか否かを判別する。Ｓ６１の判別がＮＯである場合には、Ｓ６３に移り、ＹＥＳである場合には、Ｓ６２に移る。Ｓ６２では、中間電極を負極として選択し、改質触媒コンバータ全体のうち上流側の第１基材のみに電場を形成する。すなわち、トータルＥＧＲ量が容量切換判定量より少ない低流量域では、燃料改質器の実質的な触媒容量を小さくする。Ｓ６３では、第２電極を負極として選択し、改質触媒コンバータ全体に電場を形成する。すなわち、トータルＥＧＲ量が容量切換判定量以上である高流量領域では、燃料改質触媒の実質的な触媒容量を大きくする。
【００９９】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（８）本実施形態では、トータルＥＧＲ量に基づいて、燃料改質器の改質触媒コンバータに形成する電場の区間を全区間と一部の区間とで切り換える。これにより、トータルＥＧＲ量が変化しても、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【０１００】
（９）本実施形態では、改質触媒コンバータを第１基材と第２基材とに分け、中間電極をこれら第１及び第２基材の間で共通電極として設け、第１及び第２電極でこれら第１及び第２基材を両側から挟む。そして、第１電極を正極とし、負極を中間電極と第２電極とで切り換えることによって、電場を形成する区間を全区間と一部の区間とで切り換える。これにより、複数の電源が不要になるので、装置全体の構成を簡易にできる。
【０１０１】
（１０）本実施形態では、トータルＥＧＲ量が容量切換判定量より少ない場合には一部の区間に電場を形成し、燃料改質器の触媒容量を実質的に小さくする。そして、トータルＥＧＲ量が容量切換判定量以上である場合には全区間に電場を形成し、燃料改質器の触媒容量を実質的に大きくする。これにより、容量／流入ガス量比が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするのを防止できるので、水素生成効率と反応効率との両方を高く維持しながら、水素を生成できる。
【０１０２】
なお、上述した実施形態は、種々の変形が可能である。
上記第１及び第２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、どのようなエンジンでも適用できる。
【０１０３】
燃料改質器によって生成させる水素の量を増加させるには、燃料改質器に流入するＥＧＲガスの量を増加させなければならない。したがって、要求水素生成量と、トータルＥＧＲ量とは、ほぼ比例関係になる場合がある。したがって、上記第１実施形態では、トータルＥＧＲ量に基づいて各ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの量を制御したが、その代わりに、要求水素生成量に基づいて各ＥＧＲ通路を流れるガスの量を制御しても、同様の効果を奏する。また、第２実施形態では、トータルＥＧＲ量に基づいて電場を形成する区間を切り換えたが、その代わりに、要求水素生成量に基づいて電場を形成する区間を切り換えても、同様の効果を奏する。
【０１０４】
上記第１実施形態では、２つの並行に延びるＥＧＲ管２１，２２に、それぞれ異なる触媒容量の燃料改質器３，４を設けたが、本発明はこれに限らない。ＥＧＲ管の数や燃料改質器の数は、３つ以上であってもよい。これにより、装置全体の触媒容量をさらに細かく切り換えることができる。
【０１０５】
上記第２実施形態では、２つの基材と３つの電極とを組み合わせることにより改質触媒コンバータを構成し、２つの異なる長さの区間の電場を形成できるようにしたが、本発明はこれに限らない。基材や電極の数はこれより多くしてもよい。例えば、３つの基材と４つの電極とを組み合わせることにより改質触媒コンバータを構成してもよい。この場合、３つの異なる長さの区間の電場を形成できる。またこの場合、ＥＧＲ通路を流れるガスの量に対して、２つの閾値を設定し、電場を形成する区間を３段階に分けて変化させることが好ましい。
【符号の説明】
【０１０６】
１…エンジン（内燃機関）
１１…エンジン燃料インジェクタ
１２…吸気管（吸気通路）
１３…排気管（排気通路）
２，２Ａ…排気還流装置（排気還流装置）
２１…第１ＥＧＲ管（第１ＥＧＲ通路）
２１Ａ…ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
２２…第２ＥＧＲ管（第２ＥＧＲ通路）
２４…三方弁（流量制御手段）
３…第１燃料改質器（触媒コンバータ、第１触媒コンバータ）
３Ａ…燃料改質器
３１Ａ…改質触媒コンバータ（触媒コンバータ）
３１１Ａ…第１基材
３１２Ａ…第２基材
３１３Ａ…第１電極
３１４Ａ…第２電極
３１５Ａ…中間電極
３２…改質燃料インジェクタ
３３，３３Ａ…電源（電場形成手段）
３３１Ａ…負極切換スイッチ（電場形成手段）
４…第２燃料改質器（第２触媒コンバータ）
５，５Ａ…ＥＣＵ５（流量制御手段、電場形成手段）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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