(57)【要約】【課題】排気処理触媒を早期に暖機させる。【解決手段】機関排気通路内に配置された排気処理触媒（１３）と、熱、水素生成装置（５０）とを具備する。排気処理触媒（１３）が被毒しておらずかつ熱劣化していないときに熱、水素生成装置（５０）から供給される熱および水素により排気処理触媒（１３）の温度を予め定められた温度上昇量だけ上昇させるのに必要な熱、水素生成装置（５０）への供給燃料量が、基準供給燃料量として排気ガス量の関数の形で予め記憶されている。排気ガス量に応じた基準供給燃料量の燃料を熱、水素生成装置（５０）に供給したときに排気処理触媒（１３）の温度が、予め定められた温度上昇量まで達しなかったときには、排気処理触媒（１３）の被毒回復処理が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置された排気処理触媒と、該排気処理触媒を暖機するために該排気処理触媒に熱のみ、又は熱および水素を供給可能な熱、水素生成装置とを具備しており、該熱、水素生成装置が、燃料および空気の燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒を備えており、該熱、水素生成装置では、改質用触媒による燃料の改質作用が可能になったときには、部分酸化反応を行わせることにより熱および水素が生成され、燃料をリーン空燃比のもとで燃焼させることにより熱が生成される内燃機関の排気浄化装置において、該排気処理触媒が被毒しておらずかつ熱劣化していないときに該熱、水素生成装置から供給される熱および水素により該排気処理触媒の温度を予め定められた温度上昇量だけ上昇させるのに必要な該熱、水素生成装置への供給燃料量が、基準供給燃料量として排気ガス量の関数の形で予め記憶されており、排気ガス量に応じた該基準供給燃料量の燃料を該熱、水素生成装置に供給したときに該排気処理触媒の温度が、該予め定められた温度上昇量まで達しなかったときには、該排気処理触媒の被毒回復処理が行われる内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
該改質用触媒の温度の下流側端面の温度が、部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度に対し、予め定められた範囲内にあり、該排気処理触媒の温度が活性化温度以上であるときに、該排気処理触媒の温度が、該予め定められた温度上昇量まで達するか否かを判別するために、排気ガス量に応じた該基準供給燃料量の燃料が該熱、水素生成装置に供給される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
該排気処理触媒の被毒回復処理が行われた後、該改質用触媒の温度の下流側端面の温度が、部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度に対し、予め定められた範囲内にあり、かつ該排気処理触媒の温度が活性化温度以上であるときに、再度、排気ガス量に応じた該基準供給燃料量の燃料が該熱、水素生成装置に供給される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
該排気処理触媒の被毒回復処理がＨＣの被毒回復処理であるときには、該熱、水素生成装置において燃料をリーン空燃比のもとで燃焼させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
該排気処理触媒の被毒回復処理が酸素の被毒回復処理であるときには、該熱、水素生成装置において燃料をリッチ空燃比のもとで燃焼させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
該排気処理触媒の被毒回復処理が硫黄の被毒回復処理であるときには、該排気処理触媒からＳＯＸを放出させるためのＳＯＸ放出制御が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
該排気処理触媒の被毒回復処理が行われても被毒が回復しなかったときには、該排気処理触媒の暖機時に、該熱、水素生成装置から供給される熱量および水素量が増大される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を含む改質ガスを生成するための燃料改質装置を具備しており、機関始動時に、燃料改質装置において生成された水素を含む改質ガスを、機関排気通路に配置されたＮＯＸ浄化触媒に供給し、それによってＮＯＸ浄化触媒のＮＯＸ浄化率を高めるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この内燃機関では、暖機運転時に、ＮＯＸ浄化触媒の温度が十分に上昇した後に、燃料改質装置において生成された水素がＮＯＸ浄化触媒に供給され、それによりＮＯＸ浄化率を高めるようにしている。即ち、この内燃機関では、ＮＯＸ浄化触媒の温度を早期に上昇させるために水素を用いているのではなく、ＮＯＸ浄化触媒のＮＯＸ浄化率を高めるために水素を用いている。ところで、この内燃機関でも、ＮＯＸ浄化触媒に水素を供給するとＮＯＸ浄化触媒の温度を早期に上昇させることができると考えられるが、ＮＯＸ浄化触媒が被毒した場合には、ＮＯＸ浄化触媒に水素を供給してもＮＯＸ浄化触媒の温度を早期に上昇させることができなくなる。この場合、ＮＯＸ浄化触媒の温度を早期に上昇させるには、ＮＯＸ浄化触媒の被毒を回復させることが必要となる。しかしながら、上述の内燃機関では、このことについて、一切考慮が払われていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気処理触媒と、排気処理触媒を暖機するために排気処理触媒に熱のみ、又は熱および水素を供給可能な熱、水素生成装置とを具備しており、熱、水素生成装置が、燃料および空気の燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒を備えており、熱、水素生成装置では、改質用触媒による燃料の改質作用が可能になったときには、部分酸化反応を行わせることにより熱および水素が生成され、燃料をリーン空燃比のもとで燃焼させることにより熱が生成される内燃機関の排気浄化装置において、排気処理触媒が被毒しておらずかつ熱劣化していないときに熱、水素生成装置から供給される熱および水素により排気処理触媒の温度を予め定められた温度上昇量だけ上昇させるのに必要な熱、水素生成装置への供給燃料量が、基準供給燃料量として排気ガス量の関数の形で予め記憶されており、排気ガス量に応じた基準供給燃料量の燃料を熱、水素生成装置に供給したときに排気処理触媒の温度が、予め定められた温度上昇量まで達しなかったときには、排気処理触媒の被毒回復処理が行われる。
【発明の効果】
【０００６】
排気処理触媒の被毒回復処理を行うことにより、排気処理触媒の温度が予め定められた温度上昇量まで上昇するようになり、その結果、排気処理触媒を早期に暖機することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は内燃機関の全体図である。
【図２】図２は熱、水素生成装置の全体図である。
【図３】図３は軽油の改質反応を説明するための図である。
【図４】図４は、反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図５】図５は、炭素原子１個当りの生成分子個数と、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図６】図６は、改質用触媒内の温度分布を示す図である。
【図７】図７は、供給される空気温ＴＡが変化したときの反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図８】図８Ａおよび８Ｂは、排気処理触媒の温度変化を示す図である。
【図９】図９は、熱、水素生成制御を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂは、２次暖機を行う運転領域を示す図である。
【図１１】図１１は、熱、水素生成制御を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、熱劣化対応処理を実行するためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、触媒温度の上昇規制制御を行うためのフローチャートである。
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは、夫々、排気処理触媒の温度上昇量の一覧表と、水素濃度の一覧表を示す図である。
【図１８】図１８は、排気処理触媒の温度上昇量を示す図である。
【図１９】図１９は、排気処理触媒の触媒状態を検出するためのフローチャートである。
【図２０】図２０は、排気処理触媒の触媒状態を検出するためのフローチャートである。
【図２１】図２１は、排気処理触媒の暖機性能の回復指令を制御するためのフローチャートである。
【図２２】図２２は、排気処理触媒の暖機性能の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２３】図２３は、排気処理触媒の暖機性能の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２４】図２４は、ＨＣ被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２５】図２５は、ＨＣ被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２６】図２６は、酸素被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２７】図２７は、酸素被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２８】図２８は、硫黄被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図２９】図２９は、硫黄被毒の回復制御を行うためのフローチャートである。
【図３０】図３０は、ＳＯＸ放出制御を行うためのフローチャートである。
【図３１】図３１は、ＳＯＸ放出制御を説明するための図である。
【図３２】図３２は、熱劣化対応制御を行うためのフローチャートである。
【図３３】図３３は、熱劣化対応制御を行うためのフローチャートである。
【図３４】図３４は、熱劣化対応制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００９】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１２を介して排気処理触媒１３の入口に連結される。図１に示される例では、この排気処理触媒１３はＮＯＸ吸蔵還元触媒からなる。また、排気処理触媒１３の出口は、ＮＯＸ選択還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１４に連結される。パティキュレートフィルタ１４の下流には、例えば酸化触媒からなるスイーパ触媒１５が配置される。なお、排気処理触媒１３上流の排気管１２内には、例えば軽油を供給するための燃料供給弁１６が配置されており、排気処理触媒１３とパティキュレートフィルタ１４との間には、尿素水を供給するための尿素供給弁１７が配置されている。
【００１０】
一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１８内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１９が配置される。また、ＥＧＲ通路１８の周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。各燃料噴射弁３は燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結され、このコモンレール２２は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結される。燃料タンク２４内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。図１に示されるように、排気処理触媒１３の上流側および排気処理触媒１３の下流側、およびパティキュレートフィルタ１４の下流側には夫々温度センサ２５ａ、２５ｂ、２５ｃが配置されており、排気処理触媒１３の上流側および排気処理触媒１３の下流側には夫々ＮＯＸセンサ２６ａ、２６ｂが配置されている。更に、パティキュレートフィルタ１４にはパティキュレートフィルタ１４の前後差圧を検出するための差圧センサ２７が取り付けられており、パティキュレートフィルタ１４の下流側には空燃比センサ２８が配置されている。これら温度センサ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、ＮＯＸセンサ２６ａ、２６ｂ、差圧センサ２７、空燃比センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１２】
また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されており、負荷センサ４１の出力電圧は対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。更に入力ポート３５には機関のスタータスイッチ４３の作動信号が入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用アクチュエータ、燃料供給弁１６、尿素供給弁１７、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続される。
【００１３】
図１を参照すると、熱および水素、又は熱のみを生成可能な熱、水素生成装置５０が設けられており、この熱、水素生成装置５０は、供給通路５１を介して排気処理触媒１３上流の排気管１２内に連結されている。この熱、水素生成装置５０は、例えば、機関始動時に始動され、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素、又は熱は、供給通路５１を介して、排気処理触媒１３に供給される。それにより、これら熱および水素、又は熱によって排気処理触媒１３の暖機作用が行われる。この熱、水素生成装置５０は、例えば、車両のエンジンルーム内に配置される。
【００１４】
図２に熱、水素生成装置５０の全体図を示す。この熱、水素生成装置５０は全体的に円筒状をなす。
図２を参照すると、５２は熱、水素生成装置５０の円筒状ハウジング、５３はハウジング５２内に形成されたバーナー燃焼室、５４はハウジング５２内に配置された改質用触媒、５５はハウジング５２内に形成されたガス流出室を夫々示す。図２に示される実施例では、ハウジング５２の長手方向中央部に改質用触媒５４が配置されており、ハウジング５２の長手方向一端部にバーナー燃焼室５３が配置されており、ハウジング５２の長手方向他端部にガス流出室５５か配置されている。図２に示されるように、この実施例では、ハウジング５２の外周全体が断熱材５６により覆われている。
【００１５】
図２に示されるように、バーナー燃焼室５３の一端部には、燃料噴射弁５８を備えたバーナー５７が配置されている。燃料噴射弁５８の先端はバーナー燃焼室５３内に配置されており、この燃料噴射弁５８の先端には燃料噴射口５９が形成されている。また、燃料噴射弁５８周りには空気室６０が形成されており、燃料噴射弁５８の先端周りには空気室６０内の空気をバーナー燃焼室５３内に向けて噴出させるための空気供給口６１が形成されている。図２に示される実施例では、燃料噴射弁５８は、図１に示されるように、燃料タンク２４に接続されており、燃料タンク２４内の燃料が燃料噴射弁５８の燃料噴射口５９から噴射される。図１および図２に示される実施例では、この燃料は軽油からなる。
【００１６】
一方、空気室６０は、一方では高温空気流通路６２を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ６４に接続され、他方では低温空気流通路６３を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ６４に接続されている。図２に示されるように、これらの高温空気流通路６２および低温空気流通路６３内には、夫々高温空気弁６５および低温空気弁６６が配置されている。また、図２に示されるように、高温空気流通路６２は、ガス流出室５５内に配置された熱交換部を具備しており、この熱交換部が図２に、符号６２ａでもって図解的に示されている。なお、この熱交換部６２ａは、改質用触媒５４の下流であってガス流出室５５を画定するハウジング５２の周囲に形成することもできる。即ち、この熱交換部６２ａは、ガス流出室５５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用が行われる場所に配置、又は形成することが好ましい。一方、低温空気流通路６３は、このようにガス流出室５５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用の行われる熱交換部を有していない。
【００１７】
高温空気弁６５が開弁し、低温空気弁６６が閉弁せしめられると外気は、エアクリーナ６７、空気ポンプ６４、高温空気流通路６２および空気室６０を介して空気供給口６１からバーナー燃焼室５３内に供給される。このとき外気、即ち、空気は熱交換部６２ａ内を流通せしめられる。これに対し、低温空気弁６６が開弁し、高温空気弁６５が閉弁せしめられると外気、即ち、空気は、エアクリーナ６７、空気ポンプ６４、低温空気流通路６３および空気室６０を介して空気供給口６１から供給される。従って、高温空気弁６５および低温空気弁６６は、空気室６０を介して空気供給口６１に空気を供給する空気流通路を、高温空気流通路６２と低温空気流通路６３との間で切換え可能な切換え装置を形成している。
【００１８】
一方、バーナー燃焼室５３内には点火装置６８が配置されており、図２に示される実施例では、この点火装置６８はグロープラグからなる。このグロープラグ６８はスイッチ６９を介して電源７０に接続されている。一方、図２に示される実施例では、改質用触媒５４が、酸化部５４ａと改質部５４ｂからなる。図２に示される実施例では、改質用触媒５４の基体はゼオライトからなり、この基体上に、酸化部５４ａでは主にパラジウムＰｄが担持されており、改質部５４ｂでは主にロジウムＲｈが担持されている。また、バーナー燃焼室５３内には、改質用触媒５４の酸化部５４ａの上流側端面の温度を検出するための温度センサ７１が配置されており、ガス流出室５５内には、改質用触媒５４の改質部５４ｂの下流側端面の温度を検出するための温度センサ７２が配置されている。更に、断熱材５６の外部に位置する低温空気流通路６３には、低温空気流通路６３内を流通する空気の温度を検出するための温度センサ７３が配置されている。
【００１９】
これらの温度センサ７１、７２および７３の出力信号は、図１に示される夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、グロープラグ６８の抵抗値を示す出力信号も、図１に示される対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、図１に示される出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して夫々燃料噴射弁５８、高温空気弁６５、低温空気弁６６、およびスイッチ６９に接続される。更に、図１に示されるように、出力ポート３６は、空気ポンプ６４の吐出量を制御するポンプ駆動回路４４に接続され、空気ポンプ６４の吐出量は、このポンプ駆動回路４４により、出力ポート３６に出力された吐出量の指令値となるように駆動制御される。
【００２０】
熱、水素生成装置５０の運転開始時には、バーナー５７から噴射された燃料がグロープラグ６８により着火され、それにより、バーナー燃焼室５３内において、バーナー５７から供給された燃料および空気が反応することによりバーナー燃焼が開始される。バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒５４の温度が次第に上昇する。このとき、バーナー燃焼はリーン空燃比のもとで行われている。次いで、改質用触媒４４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒４４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成され、生成された水素を含む高温のガスが、ガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられる。ガス流出口７４から流出した高温のガスは、図１に示されるように、供給通路５１を介して、排気処理触媒１３に供給される。
【００２１】
このように、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０は、バーナー燃焼室５３と、バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室５３内に配置されたバーナー５７と、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される空気の温度および供給量を制御可能な空気供給装置と、燃料を着火させるための着火装置６８と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒５４とを具備しており、空気供給装置が、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される空気をバーナー燃焼ガスにより加熱するための熱交換部６２ａを具備している。この場合、本発明の実施例では、燃料噴射弁５８が上述の燃料供給装置を構成しており、空気室６０、空気供給口６１、高温空気流通路６２、熱交換部６２ａ、低温空気流通路６３、空気ポンプ６４、高温空気弁６５および低温空気弁６６が上述の空気供給装置を構成している。
【００２２】
さて、本発明の実施例では、熱、水素生成装置１において、燃料を改質することにより水素を生成するようにしている。そこでまず初めに、図３を参照しつつ、燃料として軽油を用いた場合の改質反応について説明する。
【００２３】
図３の（ａ）から（ｃ）には、燃料として一般的に使用されている軽油を用いた場合を例にとって、完全酸化反応が行われたときの反応式、部分酸化改質反応が行われたときの反応式、および水蒸気改質反応が行われたときの反応式が示されている。なお、各反応式における発熱量ΔＨ０は低位発熱量（ＬＨＶ）で示されている。さて、図３の（ｂ）および（ｃ）からわかるように、軽油から水素を発生させるには、部分酸化改質反応を行わせる方法と、水蒸気改質反応を行わせる方法との二つの方法がある。水蒸気改質反応は、軽油に水蒸気を添加する方法であり、図３（ｃ）からわかるように、この水蒸気改質反応は吸熱反応である。従って、水蒸気改質反応を生じさせるには外部から熱を加える必要がある。大型の水素生成プラントでは、通常、部分酸化改質反応に加え、水素の生成効率を高めるために、発生した熱を捨てずに、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応が用いられている。
【００２４】
これに対し、本発明では、水素と熱の両方を生成するために、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応は用いておらず、本発明では、部分酸化改質反応のみを用いて水素を生成している。この部分酸化改質反応は、図３（ｂ）からわかるように、発熱反応であり、従って外部から熱を加えなくても自分の発生した熱でもって改質反応が進行し、水素が生成される。なお、図３（ｂ）の部分酸化改質反応の反応式に示されるように、部分酸化改質反応は、反応せしめられる空気と燃料との比を示すＯ２/Ｃモル比が０．５のリッチ空燃比でもって行われ、このときＣＯとＨ２とが生成される。
【００２５】
図４は、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図４の実線は、空気温が２５℃のときの理論値を示している。図４の実線に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のリッチ空燃比でもって部分酸化改質反応が行われたときには、平衡反応温度ＴＢはほぼ８３０℃となる。なお、このときの実際の平衡反応温度ＴＢは８３０℃よりも若干低くなるが、以下、平衡反応温度ＴＢは図４の実線に示す値になるものとして、本発明による実施例について説明する。
【００２６】
一方、図３（ａ）の完全酸化反応の反応式からわかるように、Ｏ２/Ｃモル比＝１．４５７５のときに空気と燃料との比が理論空燃比となり、図４に示されるように、反応平衡温度ＴＢは、空気と燃料との比が理論空燃比になったときに最も高くなる。Ｏ２/Ｃモル比が０．５と１．４５７５との間では、一部では部分酸化改質反応が行われ、一部では完全酸化反応が行われる。この場合、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合に比べて完全酸化反応が行われる割合が大きくなるので、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが高くなる。
【００２７】
一方、図５は、炭素原子１個当りの生成分子（Ｈ２およびＣＯ）の個数とＯ２/Ｃモル比との関係を示している。上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合が減少する。従って、図５に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。なお、図５には記載していないが、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなると、図３（ａ）に示される完全酸化反応によって、ＣＯ２とＨ２Ｏの生成量は増大する。ところで、図５は、図３（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じないと仮定した場合のＨ２およびＣＯの生成量を示している。しかしながら、実際には部分酸化改質反応によって生成されたＣＯと完全酸化反応にとって生成されたＨ２Ｏとにより図３（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じ、この水性ガスシフト反応によっても、水素が生成される。
【００２８】
さて、上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。一方、図５に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなると、反応し得ない余剰の炭素Ｃが増大する。この余剰の炭素Ｃは改質用触媒の基体の細孔内に付積し、いわゆる、コーキングを起こす。コーキングを起こすと改質用触媒の改質能力が著しく低下する。従って、コーキングを起こすのを回避するために、Ｏ２/Ｃモル比は０．５よりも小さくさせないようにする必要がある。また、図５からわかるように、余剰の炭素Ｃが生じない範囲で、水素の生成量が最大となるのは、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときである。従って、本発明の実施例では、水素を生成するために部分酸化改質反応が行われるときには、コーキングを起こすのを回避しつつ、水素を最も効率よく生成しうるように、Ｏ２/Ｃモル比が、原則０．５とされる。
【００２９】
一方、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比であるＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされても完全酸化反応が行われるが、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど昇温すべき空気量が増大する。従って、図４に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比を示すＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが低下する。この場合、例えば、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比にされると、空気温が２５℃である場合には、反応平衡温度ＴＢはほぼ９２０℃となる。
【００３０】
さて、前述したように、図１に示される熱、水素生成装置５０の運転が開始されると、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼が行われ、それにより改質用触媒５４の温度が次第に上昇する。次いで、改質用触媒５４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒５４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成される。図６には、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の酸化部５４ａおよび改質部５４ｂ内の温度分布を示している。なお、この図６は、外気温が２５℃のときに、この外気が図２に示される低温空気流通路６３を介して、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給された場合の温度分布を示している。
【００３１】
図６の実線は、バーナー５７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５のときの改質用触媒５４内の温度分布を示している。図６に示されるように、この場合には、改質用触媒５４の酸化部５４ａでは、改質用触媒５４内の温度は、残存酸素による酸化反応熱により下流側に向けて上昇する。燃焼ガスが改質用触媒５４の酸化部５４ａ内から改質部５４ｂ内に進む頃には、燃焼ガス中の残存酸素は消滅し、改質用触媒５４の改質部５４ｂでは燃料の改質作用が行われる。この改質反応は吸熱反応であり、従って改質用触媒５４内の温度は、改質作用が進むに従って、即ち、改質用触媒５４の下流側に向けて低下する。このときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は８３０℃であり、図４に示されるＯ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。
【００３２】
一方、図６には、バーナー５７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比であるときの改質用触媒５４内の温度分布が、破線で示されている。この場合も、改質用触媒５４内の温度は、改質用触媒５４の酸化部５４ａ内では、燃料の酸化反応熱によって下流側に向けて上昇する。一方、この場合には、改質用触媒５４の改質部５４ｂ内において改質作用は行われないので、改質用触媒５４内の温度は、改質部５４ｂ内では一定に保持される。このときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は９２０℃であり、図４に示されるＯ２/Ｃモル比＝２．６のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。即ち、図４の反応平衡温度ＴＢは、外気温が２５℃のときにこの外気が図２に示される低温空気流通路６３を介して、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給されたときの改質用触媒５４の下流側端面の温度を示していることになる。
【００３３】
次に、図７を参照しつつ、改質触媒において燃料と反応する空気の温度を変化させたときの反応平衡温度ＴＢについて説明する。図７は、図４と同様に、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図７においてＴＡは空気温を示しており、この図７には、図４において実線で示される反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が再度実線で示されている。図７には更に、空気温ＴＡを２２５℃、４２５℃、６２５℃に変化させたときの反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が破線で示されている。図７から、空気温ＴＡが上昇すると、Ｏ２/Ｃモル比にかかわらず反応平衡温度ＴＢが全体的に高くなることがわかる。
【００３４】
一方、本発明の実施例において用いられている改質用触媒５４は、触媒温度が９５０℃以下であれば、大きな熱劣化を生じないことが確認されている。従って、本発明の実施例では、９５０℃が、改質用触媒５４の熱劣化を回避しうる許容触媒温度ＴＸとされており、この許容触媒温度ＴＸが図４、図６および図７に示されている。図６からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のときでも、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の温度は、改質用触媒５４のいずれの場所でも、許容触媒温度ＴＸ以下となる。従って、この場合には、実用上、熱劣化を問題とすることなく、改質用触媒５４を使用し続けることができる。
【００３５】
一方、図４からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも少し大きくなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度、即ち、反応平衡温度ＴＢは許容触媒温度ＴＸを越えてしまい、Ｏ２/Ｃモル比が２．６よりも少し小さくなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は許容触媒温度ＴＸを越えてしまう。従って、例えば、改質用触媒５４における反応が平衡状態であるときに部分酸化改質反応を生じさせる場合、Ｏ２/Ｃモル比を０．５よりも大きくすることもできるが、Ｏ２/Ｃモル比を大きくし得る範囲は限られている。
【００３６】
一方、図７からわかるように、空気温ＴＡが高くなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５にしたとしても、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は、許容触媒温度ＴＸよりも高くなり、従って、改質用触媒５４が熱劣化することになる。従って、空気温ＴＡが高くなったときには、改質用触媒５４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５とすることができない。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときには、空気温ＴＡが２５℃程度の低い温度とされ、空気温ＴＡを２５℃程度の低い温度に維持した状態で、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の運転が開始されると、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼が開始され、このリーン空燃比のもとでのバーナー燃焼は、改質用触媒５４による改質作用が可能となるまで行われる。別の言い方をすると、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となるまでリーン空燃比のもとで熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われる。この場合、改質用触媒５４の温度が７００℃程度になると改質用触媒５４による改質作用が可能となり、従って、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４の温度が７００℃になるまで、リーン空燃比のもとで熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われる。この間、熱、水素生成装置５０において生成された燃焼ガスはガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられ、次いで、供給通路５１を介して、排気処理触媒１３に供給される。次いで、改質用触媒による改質作用が可能になると、即ち、改質用触媒５４の温度が７００℃になると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、部分酸化改質反応が行われる。部分酸化改質反応が行われると、改質用触媒４４において熱および水素が生成される。これらの熱および水素はガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられ、水素を含む燃焼ガスは、供給通路５１を介して、排気処理触媒１３に供給される。
【００３８】
次に、機関排気通路内に配置された排気処理触媒１３による排気ガスの浄化作用について説明する。なお、前述したように、図１に示される例では、この排気処理触媒１３はＮＯＸ吸蔵還元触媒からなり、このＮＯＸ吸蔵還元触媒１３は、白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのような貴金属と、カリウムＫ、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、或いは、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属とを担持している。このＮＯＸ吸蔵還元触媒１３は、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるとＮＯＸ吸蔵還元触媒１３から吸蔵されたＮＯＸを放出するというＮＯＸの吸放出機能を有する。通常、排気ガスの空燃比はリーンとなっており、従って、排気ガス中に含まれるＮＯＸは、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３に吸蔵される、即ち浄化される。
【００３９】
一方、パティキュレートフィルタ１４に担持されたＮＯＸ選択還元触媒は、例えばＣｕゼオライトからなり、アンモニアの存在のもとでＮＯＸを還元する機能を有する。図１に示される実施例では、尿素供給弁１７からＮＯＸ選択還元触媒に尿素水が供給され、この尿素水から発生したアンモニアにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３をすり抜けたＮＯＸがＮＯＸ選択還元触媒において還元される、即ち浄化される。この場合、機関始動時に、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３およびＮＯＸ選択還元触媒によるＮＯＸの浄化作用を促進するには、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３およびＮＯＸ選択還元触媒をできるだけ早く活性化させる必要があり、そのためにはＮＯＸ吸蔵還元触媒１３およびＮＯＸ選択還元触媒をできるだけ早く温度上昇させる必要がある。
【００４０】
そこで、本発明の実施例では、機関始動時に、排気処理触媒１３の温度を目標暖機温度まで、すみやかに上昇させるために、機関の始動と同時に、熱、水素生成装置５０の運転が開始され、熱、水素生成装置５０から排気処理触媒１３に供給された熱および水素、又は熱によって排気処理触媒１３の暖機作用を促進するようにしている。なお、この場合、本発明の実施例では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３の暖機作用を促進することによってＮＯＸ吸蔵還元触媒１３から流出する排気ガスの温度を上昇させ、それによって、選択還元触媒の温度が上昇せしめられる。次に、図８Ａおよび図８Ｂを参照しつつ、この熱、水素生成装置５０による排気処理触媒１３の暖機促進作用について説明する。
【００４１】
図８Ａおよび図８Ｂは、排気処理触媒１３が、白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのような貴金属を担持している場合において、熱、水素生成装置５０により排気処理触媒１３の暖機を行なったときの排気処理触媒１３の温度ＴＤの変化を示している。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいて、横軸は時間経過を示している。これら図８Ａおよび図８Ｂでは、説明をわかり易くするために、機関から排出された排気ガスによる排気処理触媒１３の暖機作用については無視している。また、図８Ｂにおいて、ＴＤ０は貴金属が活性化する温度を示しており、図８Ｂに示す例では、この貴金属が活性化する温度ＴＤ０は１１０℃とされている。なお、以下、この貴金属が活性化する温度ＴＤ０を、排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０と称する。
【００４２】
さて、図３からわかるように、完全酸化反応と、部分酸化改質反応とを比較すると、完全酸化反応の方が部分酸化改質反応に比べて、はるかに発熱量が大きく、従って、使用燃料量が同一である場合には、排気処理触媒１３に供給される熱量は、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応が行われているときの方が、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われてときに比べて、はるかに大きい。図８Ａには、使用燃料量が同一の場合において、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応が行われたときの生成熱により排気処理触媒１３が暖機された場合の排気処理触媒１３の温度変化が実線Ａで示されており、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成熱のみにより排気処理触媒１３が暖機された場合の排気処理触媒１３の温度変化が破線ａで示されている。実線Ａと破線ａとを比較するとわかるように、熱、水素生成装置５０において生成された熱のみにより排気処理触媒１３が暖機された場合の排気処理触媒１３の温度ＴＤの上昇速度は、完全酸化反応の方が部分酸化改質反応に比べて、高いことがわかる。
【００４３】
一方、排気処理触媒１３の暖機時に、排気処理触媒１３に水素が供給され、貴金属上において水素の酸化反応が行われると、水素の酸化反応熱によって、排気処理触媒１３の温度ＴＤは急速に上昇する。図８Ａの破線ｂは、同一の使用燃料量のもとで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成水素のみにより排気処理触媒１３が暖機された場合の排気処理触媒１３の温度変化を示しており、図８Ａの実線Ｂは、同一の使用燃料量のもとで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成熱および生成水素により排気処理触媒１３が暖機された場合の排気処理触媒１３の温度変化を示している。図８Ａにおいて実線Ａと実線Ｂとを比較するとわかるように、水素による排気処理触媒１３の暖機作用も行われている場合には、排気処理触媒１３の温度ＴＤの上昇速度は、部分酸化改質反応の方が完全酸化反応に比べて、はるかに高いことがわかる。
【００４４】
即ち、熱、水素生成装置５０において生成された燃焼ガス熱に一部は、この燃焼ガスが供給導管５１内を流れる間に外部に逃げ、しかも、この燃焼ガス熱は、熱伝達によって排気処理触媒１３に供給されるにすぎないので、実際に排気処理触媒１３の加熱のために用いられる熱量はそれほど多くはない。これに対し、熱、水素生成装置５０において生成された水素は、排気処理触媒１３に到達するまで消費されず、排気処理触媒１３自体が水素の酸化反応熱によって直接加熱されるために、水素の酸化反応熱によって、排気処理触媒１３は急速に昇温せしめられることになる。
【００４５】
ところで、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、図８Ｂに示される排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも低いときには、排気処理触媒１３に水素が供給されたとしても、貴金属上において水素の酸化反応は行われず、従って、このときには水素の酸化反応による酸化反応熱は発生しない。従って、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも低いときには、図８Ａからわかるように、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応が行われているときの方が、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われてときに比べて、排気処理触媒１３の昇温速度が、はるかに大きくなる。
【００４６】
これに対し、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも高いときに、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われ、それにより排気処理触媒１３に水素が供給されると、水素の酸化反応熱によって、排気処理触媒１３は急速に昇温せしめられる。従って、排気処理触媒１３を、できるだけ早く昇温させるためには、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも低いときには、図８Ｂにおいて実線Ａで示されるように、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応を行うことにより熱のみを排気処理触媒１３に供給し、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも高くなったときには、図８Ｂにおいて実線Ｂで示されるように、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応を行うことにより熱および水素を排気処理触媒１３に供給することが好ましいことがわかる。
【００４７】
しかしながら、実際には、常に、図８Ｂに示されるように、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０になったときに、熱、水素生成装置５０における反応を、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換えるのは困難である。そこで、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、図８Ｂに示される排気処理触媒１３の活性化温度ＴＤ０よりも高いときには、熱、水素生成装置５０における反応を、ただちに、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換え、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０よりも低いときには、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０よりも高くなるまで、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応を続行させ、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０よりも高くなったときに、熱、水素生成装置５０における反応を、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換えるようにしている。このようにすることによって、排気処理触媒１３の暖機を最も早めることができる。
【００４８】
次に、図９を参照しつつ、図２に示される熱、水素生成装置５０による熱、水素生成方法の概要について説明する。なお、この図９は、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０以上である場合を示している。また、この図９には、グロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量、バーナー５７からの供給燃料量、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比、バーナー５７から供給される空気の供給空気温、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣおよび排気処理触媒１３の温度ＴＤが示されている。なお、図９等に示される改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣに対する各目標温度および改質用触媒５４の温度に対する各目標温度は、理論値であり、本発明による実施例では、前述したように、例えば、実際の平衡反応温度ＴＢは、目標温度である８３０℃よりも若干低くなる。これらの各目標温度は、熱、水素生成装置５０の構造等によって変化し、従って、実際には、実験を行って、熱、水素生成装置５０の構造に応じた最適の各目標温度を予め定める必要がある。
【００４９】
機関が始動されると、熱、水素生成装置５０が同時に始動される。熱、水素生成装置５０が始動されると、グロープラグ６８がオンとされ、次いで、空気が高温空気流通路６２を介してバーナー燃焼室５３内に供給される。この場合、図９において、破線で示されるように、空気が高温空気流通路６２を介してバーナー燃焼室５３内に供給された後、グロープラグ６８をオンにすることもできる。次いで、バーナー５７から燃料が噴射される。バーナー５７から噴射された燃料がグロープラグ６８により着火されると、燃料量が増量されると共に、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が４．０から３．０に減少され、バーナー燃焼室５３内においてバーナー燃焼が開始される。燃料の供給が開始されてから燃料が着火されるまでの期間は、ＨＣの発生量を極力抑えるために、空燃比がリーン空燃比とされている。
【００５０】
次いで、バーナー燃焼、即ち、リーン空燃比による完全酸化反応が続行され、それにより、改質用触媒５４の温度が徐々に上昇せしめられる。一方、バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒５４を通ってガス流出室５５内に流出するガスの温度が次第に上昇する。従って、このガスにより熱交換部６２ａにおいて加熱される空気の温度も次第に上昇し、その結果、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内に供給される空気の温度が次第に上昇する。それにより、改質用触媒５４の暖機が促進されることになる。このようにリーン空燃比のもとで行われる改質用触媒５４の暖機を、本発明の実施例では、図９に示されるように１次暖機、又は、熱、水素生成装置５０の暖機と称している。なお、図９に示される例では、この１次暖機運転の間に、供給空気量と燃料量が増量されている。
【００５１】
この１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転は、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になるまで続行される。図９に示される例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になったと判断され、従って、図９に示される例では、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転は、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になるまで続行される。なお、図９に示される例では、水素生成装置５０の運転が開始されてから改質用触媒５４の１次暖機が完了するまで、即ち、水素生成装置５０の運転が開始されてから熱、水素生成装置５０の暖機が完了するまで、図９に示されるように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が３．０から４．０とされ、リーン空燃比による完全酸化反応が行われている。無論、このときには、改質用触媒５４の温度は許容触媒温度ＴＸよりもかなり低いので、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を、例えば、２．０から３．０のような理論空燃比に近いＯ２/Ｃモル比とすることもできる。
【００５２】
一方、図９に示されるように、機関が始動されると、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、ただちに少し上昇する。次いで、図９に示される例では、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われている間、排気処理触媒１３の温度ＴＤは少しずつ上昇し、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われている間に、予め設定された活性化温度ＴＤ０を越える。このように排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０を越えたとしても、熱、水素生成装置５０ではリーン空燃比による完全酸化反応が続行される。次いで、排気処理触媒１３の温度ＴＤは更に少しずつ上昇し、図９に示される例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときには、排気処理触媒１３の温度ＴＤは予め設定された活性化温度ＴＤ０以上になっている。
【００５３】
次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になったと判断される。このとき、排気処理触媒１３の温度ＴＤは予め設定された活性化温度ＴＤ０以上となっているので、水素を生成するための部分酸化改質反応が開始される。本発明の実施例では、このとき、図９に示されるように、まず初めに２次暖機運転が行われ、このとき、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出されて、供給燃料量がこの目標供給燃料量とされる。次いで、２次暖機運転が完了すると通常運転が行われる。この２次暖機運転は、水素を生成しながら改質用触媒５４の温度を更に上昇させるために行われる。２次暖機運転が開始されると、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素か排気処理触媒１３に供給され、この結果、図９に示されるように、排気処理触媒１３の温度ＴＤは急速に上昇する。
【００５４】
一方、この２次暖機運転は、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達するまで続行され、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達すると通常運転に移行する。なお、２次暖機運転が開始されるときには、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出される。この場合、この出力熱量（ｋＷ）の要求値は、基本的には、排気処理触媒１３の目標暖機温度と現在の排気ガス温ＴＤとの温度差と、機関から排出される排気ガス量との積に基づいて算出される。熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出されると、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出され、図９に示されるように、２次暖機運転から通常運転に移行するときに、バーナー５７からの供給燃料量がこの目標供給燃料量まで増大される。
【００５５】
なお、排気処理触媒１３がＮＯＸ吸蔵還元触媒からなる場合には、上述の排気処理触媒１３の目標暖機温度は、例えば２００℃とされる。従って、図９に示される例では、排気処理触媒１３の温度ＴＤを２００℃まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）が要求値とされる。一方、図１０Ａには、この２次暖機運転が行われる熱、水素生成装置１の運転領域ＧＧが、実線ＧＬ，ＧＵ，ＧＳで囲まれたハッチング領域で示されている。なお、図１０Ａにおいて、縦軸は反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を示しており、横軸は改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣを示している。
【００５６】
図５を参照しつつ説明したように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなるとコーキングを起こす。図１０Ａにおける実線ＧＬは、コーキングの発生に対するＯ２/Ｃモル比の境界を示しており、この境界ＧＬよりもＯ２/Ｃモル比が小さい領域ではコーキングを起こす。なお、改質用触媒５４の温度が低くなると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなっても、即ち、空燃比のリッチの度合いが低下しても、炭素Ｃが酸化されることなく改質用触媒の基体の細孔内に付積するようになり、コーキングを起こす。従って、図１０Ａに示されるように、コーキングを起こすＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬは、改質用触媒５４の温度が低くなるほど高くなる。従って、コーキングの発生を回避するために、部分酸化改質反応は、即ち、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転および通常運転は、このＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬ上、又は境界ＧＬの上側で行われる。
【００５７】
一方、図１０Ａにおいて、実線ＧＵは、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転時において、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするためのＯ２/Ｃモル比の上限ガード値を示しており、実線ＧＳは、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転時において、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするための改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの上限ガード値を示している。２次暖機運転が開始された後、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされ、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに達すると、通常運転に移行し、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣを反応平衡温度ＴＢに維持した状態で水素が生成し続けられる。
【００５８】
図１０Ｂは、通常運転に移行するまでの２次暖機運転制御の一例を示している。図１０Ｂに示される例では、矢印で示されるように、改質用触媒５４の下流側端面の温度が７００℃になると、改質用触媒５４の２次暖機を促進するために、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行される。次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度が８３０℃になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持され、通常運転に移行する。
【００５９】
さて、このように、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となったときに、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが高いと、図７を参照しつつ説明したように、反応平衡温度ＴＢが高くなる。その結果、改質用触媒５４の温度が、許容触媒温度ＴＸよりも高くなるために、改質用触媒５４が熱劣化を生ずることになる。そこで、本発明の実施例では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５に維持されて改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となったときには、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。このとき、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣは８３０℃に維持され、従って、改質用触媒５４の温度は、許容触媒温度ＴＸ以下に維持される。従って、改質用触媒５４の熱劣化を回避しつつ、部分酸化改質反応により水素を生成することができる。
【００６０】
なお、図１０Ａおよび１０Ｂに示される運転領域ＧＧ内において２次暖機運転が行われているときには、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態とはなっていないので、空気温ＴＡが高くても、図７に示されるように、改質用触媒５４の温度が上昇するわけではない。しかしながら、この２次暖機運転は改質用触媒５４の温度が高い状態で行われているので、何らかの原因で、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなってしまう危険性がある。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転が開始されると同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。即ち、図９に示されるように、供給空気温が低下せしめられる。その後、通常運転が完了するまで、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給され続ける。
【００６１】
前述したように、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの平衡反応温度ＴＢは８３０℃となる。従って、一般的に言うと、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡ℃ときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの平衡反応温度ＴＢは（ＴＡ＋８０５℃）となる。従って、本発明の実施例では、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡの場合、２次暖機運転が開始されたときには、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行され、次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持される。
【００６２】
なお、上述の燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡとは、図４に示されるような平衡反応温度ＴＢを算出するときに用いられる空気の温度であり、バーナー燃焼室５３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度である。例えば、空気供給口６１から供給される空気、或いは、空気室６０内の空気は、バーナー燃焼の反応熱の影響を受け、バーナー燃焼の反応熱エネルギを吸収して温度上昇をしている。従って、これら空気の温度は、既に反応の過程にある空気の温度を示しており、従って、平衡反応温度ＴＢを算出するときの空気の温度ではない。
【００６３】
ところで、平衡反応温度ＴＢを算出する必要があるのは、部分酸化改質反応が行われているとき、即ち、低温空気流通路６３から低温の空気がバーナー燃焼室５３内に供給されているときである。そこで、本発明の実施例では、バーナー燃焼室５３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度を検出するために、図２に示されるように、温度センサ７３を、断熱材５６の外部に位置する低温空気流通路６３に配置し、この温度センサ７３により検出された温度を、平衡反応温度ＴＢを算出するときの空気の温度ＴＡとして用いている。
【００６４】
一方、停止指令が発せられると、図９に示されるように、燃料の供給が停止される。このとき、空気の供給を停止すると、熱、水素生成装置５０内に残存している燃料によって改質用触媒５４がコーキングを起こす危険性がある。そこで、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０内に残存している燃料を燃焼除去するために、図９に示されるように、停止指令が発せられてから暫くの間、空気が供給し続けられる。
【００６５】
このように、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転の開始と同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給が停止され、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。別の言い方をすると、このとき、バーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられる。このようにバーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路を、高温空気流通経路と、低温空気流通経路との間で切り替えることができるように、本発明の実施例では、高温空気弁６５と低温空気弁６６からなる切換え装置が設けられている。この場合、本発明の実施例では、エアクリーナ６７から高温空気流通路６２を介して空気供給口６１に至る空気流通経路が高温空気流通経路に該当しており、エアクリーナ６７から低温空気流通路６３を介して空気供給口６１に至る空気流通経路が低温空気流通経路に該当している。
【００６６】
次に、図１１を参照しつつ、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０未満である場合について説明する。なお、この図１１には図９と同様に、グロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量、バーナー５７からの供給燃料量、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比、バーナー５７から供給される空気の供給空気温、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣおよび排気処理触媒１３の温度ＴＤが示されている。
【００６７】
図１１を参照すると、図１１に示される場合でも、機関が始動されると、熱、水素生成装置５０が同時に始動される。機関が始動されると、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、ただちに少し上昇する。次いで、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われている間、即ち、熱、水素生成装置５０においてリーン空燃比による完全酸化反応が続行されている間、排気処理触媒１３の温度ＴＤは少しずつ上昇する。しかしながら、図１１に示される例では、図９に示される場合と異なって、改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、即ち、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、依然として、予め設定された活性化温度ＴＤ０未満に維持されている。
【００６８】
なお、図１１において、熱、水素生成装置５０が始動されてから、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が終了するまでの間におけるグロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量の変化、バーナー５７からの供給燃料量の変化、Ｏ２/Ｃモル比の変化、バーナー５７からの供給空気温の変化、および改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの変化は、図９に示される場合と同一である。従って、熱、水素生成装置５０が始動されてから、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が終了するまでの間における、図１１に示されるグロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量の変化、バーナー５７からの供給燃料量の変化、Ｏ２/Ｃモル比の変化、バーナー５７からの供給空気温の変化、および改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの変化については説明を省略する。
【００６９】
さて、図１１に示されるように、改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、即ち、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、予め設定された活性化温度ＴＤ０未満のときには、リーン空燃比による完全酸化反応が続行される。このとき、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出されて、供給燃料量がこの目標供給燃料量とされる。このときには、熱、水素生成装置５０から排気処理触媒１３に熱のみが供給され、それによって、排気処理触媒１３の温度ＴＤが少しずつ上昇せしめられる。このリーン空燃比による完全酸化反応は、排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０に到達するまで続行される。なお、本発明の実施例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃に到達してから排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０に到達するまでの間においてリーン空燃比による完全酸化反応が行われているときの運転モードを、図１１に示されるように熱生成モードと称している。
【００７０】
図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードであるときには、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６のリーン空燃比でもって完全酸化反応が行われる。なお、図１１に示される場合でも、運転モードが熱生成モードとされたときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、次いで、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出される。図１１に示される例では図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードにされたときに、バーナー５７からの供給燃料量がこの目標供給燃料量まで増大される。
【００７１】
一方、運転モードが熱生成モードにされたときには、図１１からわかるように、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態とはなっていないので、空気温ＴＡが高くても、図７に示されるように、改質用触媒５４の温度が上昇するわけではない。しかしながら、この熱生成モード時には、改質用触媒５４の温度が高い状態でリーン空燃比による完全酸化反応が行われているので、何らかの原因で、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなってしまう危険性がある。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、運転モードが熱生成モードとされるのと同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。即ち、図１１に示されるように、供給空気温が低下せしめられる。その後、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給され続ける。
【００７２】
一方、運転モードが熱生成モードにされているときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＤ０に到達すると、Ｏ２/Ｃモル比が２．６から０．５に変更され、通常運転が開始される。このとき、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われ、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素が排気処理触媒１３に供給される。その結果、図１１に示されるように、排気処理触媒１３の温度ＴＤは目標暖機温度まで急速に上昇せしめられる。次いで、停止指令が発せられると、図１１に示されるように、燃料の供給が停止され、次いで、暫くして。空気の供給が停止される。
【００７３】
次に、図１２から図１４に示される熱、水素生成制御ルーチンについて説明する。この熱、水素生成制御ルーチンは、図１に示される機関のスタータスイッチ４３がオンにされたとき、或いは、機関の運転中において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが予め定められた下限温度よりも低下したときに実行される。なお、機関のスタータスイッチ４３は、運転者により手動でオンにされる場合と、機関および電気モータを駆動源とするハイブリッド車両におけるように自動的にオンとされる場合とがある。
【００７４】
熱、水素生成制御ルーチンが実行されると、まず初めに、図１２のステップ１００において、温度センサ７２の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えているか否か、即ち、改質用触媒５４による改質作用が可能であるか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ１０１に進み、温度センサ７１の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤが、改質用触媒５４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上であるか否かが判別される。改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤが、３００℃以下の場合には、ステップ１０２に進んで、グロープラグ６８がオンとされる。次いで、ステップ１０３では、グロープラグ６８がオンとされてから一定時間を経過したが否かが判別され、一定時間を経過したときにはステップ１０４に進む。
【００７５】
ステップ１０４では、空気ポンプ６４が作動せしめられ、高温空気流通路６２を介して
空気がバーナー燃焼室５３に供給される。なお、熱、水素生成装置５０の作動が停止されるときに、高温空気弁６５が開弁されると共に低温空気弁６６が閉弁されており、従って、熱、水素生成装置５０が作動せしめられたときには、高温空気流通路６２を介して空気がバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１０５では、グロープラグ６８の抵抗値から、グロープラグ６８の温度ＴＧが算出される。次いで、ステップ１０６では、グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えたか否かが判別される。グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えていないと判別されたときにはステップ１０４に戻る。これに対し、グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えたと判別されたときには、着火可能であると判断され、ステップ１０７に進む。
【００７６】
ステップ１０７では、バーナー５７からバーナー燃焼室５３に燃料が噴射され、次いで、ステップ１０８では、温度センサ７１の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤが検出される。次いで、ステップ１０９では、温度センサ７１の出力信号から、燃料が着火したか否かが判別される。燃料が着火すると、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤが瞬時に上昇し、従って、温度センサ７１の出力信号から、燃料が着火したか否かを判別できることになる。ステップ１０９において、燃料が着火していないと判別されたときには、ステップ１０７に戻り、ステップ１０９において、燃料が着火したと判別されたときには、ステップ１１０に進んで、グロープラグ６８がオフとされる。次いで、図１３のステップ１１１に進む。なお、燃料が着火されると、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤは、ただちに、改質用触媒５４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上となる。一方、ステップ１０１において、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＤが３００℃以上であると判別されたときにも、ステップ１１１に進む。
【００７７】
ステップ１１１およびステップ１１２では、１次暖機運転が行われる。即ち、Ｏ２/Ｃモル比が３．０となるように、ステップ１１１では空気ポンプ６５の吐出量が制御され、ステップ１１２ではバーナー５７からの供給燃料量が制御される。なお、本発明の実施例では、この１次暖機運転が行われているときには、図９および図１１に示されるように、供給空気量および供給燃料量が段階的に増大される。次いで、ステップ１１３では、温度センサ７２の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ１１１に戻り、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が継続して行われる。これに対し、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたと判別されたときにはステップ１１４に進む。なお、ステップ１００において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていると判別されたときにも、ステップ１１４に進む。
【００７８】
ステップ１１４では、低温空気弁６６が開弁され、ステップ１１５では、高温空気弁６５が閉弁される。従って、このときには、空気は低温空気流通路６３を介してバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１１６では、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出される。次いで、ステップ１１７では、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量ＱＦが算出される。次いで、ステップ１１８では、排気処理触媒１３の熱劣化対応処理が行われる。この熱劣化対応処理が図１５に示されている。なお、この熱劣化対応処理については、後で説明する。
【００７９】
次いで、ステップ１１９では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０よりも高いか否かが判別される。ステップ１１９において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０よりも高いと判別されたときには、ステップ１２０に進んで、図９に示されるように、２次暖機運転が開始される。即ち、ステップ１２０では、バーナー５７からの供給燃料量をそのまま維持した状態で、Ｏ２/Ｃモル比が０．５６となるように空気ポンプ６４の吐出量が減少せしめられる。このとき、部分酸化改質反応が開始され、熱、水素生成装置５０において、熱および水素が生成される。
【００８０】
ステップ１２０において、部分酸化改質反応が開始されると、ステップ１２１に進んで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ７３により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かが判別される。前述したように、この温度（ＴＡ＋８０５℃）は、空気温がＴＡ℃のときに、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの反応平衡温度ＴＢを示している。従って、ステップ１２１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かを判別していることになる。
【００８１】
改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達していないと判別されたときには、ステップ１２０に戻り、Ｏ２/Ｃモル比が０．５６となるように空気ポンプ６４の吐出量が制御され続ける。これに対し、ステップ１２１において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したと判別されたときには、ステップ１２２に進み、空気ポンプ１５の吐出量を一定に維持した状態で、燃料噴射量が、算出された供給燃料量ＱＦまで徐々に増大される。その結果、Ｏ２/Ｃモル比が徐々に減少する。次いで、ステップ１２３では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったか否かが判別される。Ｏ２/Ｃモル比が０．５になっていないと判別されたときには、ステップ１２２に戻る。これに対し、ステップ１２３において、Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったと判別されたときには、２次暖機運転は完了したと判断される。２次暖機運転が完了したと判断されたときには、ステップ１２６に進んで、通常運転が行われる。ステップ１２６では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５となるように空気ポンプ６４の吐出量が制御される。
【００８２】
一方、ステップ１１９において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０未満であると判別されたときには、ステップ１２４に進んで、図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードとされる。即ち、ステップ１２４では、算出された供給燃料量でもってバーナー５７から燃料が噴射され、Ｏ２/Ｃモル比が２．６となるように空気ポンプ６４の吐出量が制御される。このとき、リーン空燃比のもとでの完全酸化反応が続行され、熱のみが排気処理触媒１３に供給される。次いで、ステップ１２５では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０に到達したか否かが判別される。排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０に到達していないときには、ステップ１２４に戻る。
【００８３】
これに対し、ステップ１２５において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＤＴ０に到達したと判別されたときにはステップ１２６に進んで、通常運転が行われる。このとき、バーナー５７からの供給燃料量をそのまま維持した状態で、Ｏ２/Ｃモル比が０．５となるように空気ポンプ６４の吐出量が減少せしめられる。このとき、部分酸化改質反応が開始され、熱、水素生成装置５０において熱および水素が生成される。
【００８４】
ステップ１２６において、通常運転が開始されると、ステップ１２７に進んで、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであるか否かが判別される。この場合、本発明の実施例では、通常運転が一定期間続行されたとき、又は、排気処理触媒１３の温度ＴＤが目標暖機温度に達したとき、又は、その他の理由により熱、水素生成装置５０の運転を停止すべき指令が発せられたときに、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであると判別される。ステップ１２７において、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきでないと判別されたときにはステップ１２６に戻って通常運転が続行される。
【００８５】
ステップ１２７において、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであると判別されたときには、ステップ１２８に進んで、バーナー５７からの燃料噴射が停止される。次いで、ステップ１２９では、残存する燃料を燃焼除去するために、空気ポンプ６４から空気が供給され続ける。次いで、ステップ１３０では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないと判別されたときには、ステップ１２９に戻る。これに対し、ステップ１３０において、一定時間経過したと判別されたときには、ステップ１３１に進んで、空気ポンプ６５の作動が停止され、バーナー燃焼室５３内への空気の供給が停止される。次いで、ステップ１３２では、低温空気弁６６が閉弁され、ステップ１３３では、高温空気弁６５が開弁される。次いで、熱、水素生成装置５０の作動が停止せしめられている間、低温空気弁６６が閉弁され続け、高温空気弁６５が開弁され続ける。
【００８６】
次に、図１６を参照しつつ触媒温度の上昇規制制御ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１６を参照すると、まず初めに、ステップ２００において、温度センサ７２により検出されている改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが読み込まれる。次いで、ステップ２０１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたか否かが判別される。改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えていないと判別されたときには、処理サイクルを完了する。
【００８７】
これに対し、ステップ２０１において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたと判別されたときには、ステップ２０２に進んで、低温空気弁６６が開弁され、次いで、ステップ２０３において、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、処理サイクルを完了する。即ち、熱、水素生成装置５０の運転中において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたときには、バーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられ、バーナー燃焼室５３内に供給されるバーナー燃焼用空気の温度が低下せしめられる。
【００８８】
さて、本発明の実施例では、排気処理触媒１３はＮＯＸ吸蔵還元触媒からなり、この場合、排気処理触媒１３、即ち、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の活性化温度ＴＤ０は１１０℃程度である。一方、排気処理触媒１３、即ち、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の温度が２００℃程度になると、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１３によるＮＯＸ浄化率はかなり高くなり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の温度が２００℃以上になってもＮＯＸ浄化率はそれ以上増大しない。従って、本発明の実施例では、排気処理触媒１３、即ち、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の目標暖機温度は、前述したように、２００℃とされており、排気処理触媒１３の暖機時には、排気処理触媒１３の温度ＴＤがこの目標暖機温度まで急速に増大するように、排気処理触媒１３に水素が供給される。この場合、排気処理触媒１３の温度上昇量は、水素の供給量によって定まり、水素の供給量が多いほど排気処理触媒１３の温度上昇量は増大する。
【００８９】
次に、このことについて、図１７Ａを参照しつつ説明する。図１７Ａは、排気ガスによる排気処理触媒１３の温度上昇は考慮に入れず、熱、水素生成装置５０から排気処理触媒１３に供給された熱および水素のみによる排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤを示している。図１７Ａに示されるように、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤは、排気ガス流量Ｇa（g/s）と、熱、水素生成装置５０において部分酸化還元反応が行われているときの、熱、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦ（g/s）との関数となる。なお、図１７Ａに示される排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤは、排気処理触媒１３が被毒しておらずかつ熱劣化していないときの温度上昇量を示している。
【００９０】
図９および図１１を参照しつつ説明したように、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０を越えたときには、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出される。図１７Ａに示される熱、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦは、この目標供給燃料量を示している。即ち、本発明の実施例では、排気処理触媒１３の要求温度上昇量、即ち、活性化温度ＴＤ０と目標暖機温度との温度差と、排気ガス流量Ｇaから、図１７Ａに基づいて、熱、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦが算出される。この場合、この供給燃料量ＱＦが熱、水素生成装置５０に供給されると、熱、水素生成装置５０から供給される熱および水素によって、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、通常、急速に目標暖機温度まで上昇する。なお、図１７Ｂは、このときの排気処理触媒１３における水素濃度を示している。
【００９１】
ところで、排気処理触媒１３に担持された貴金属触媒の表面が、炭化水素、即ち、ＨＣによって覆われると貴金属触媒の活性が低下し、排気処理触媒１３がＨＣ被毒を生ずる。また、排気処理触媒１３に担持された貴金属触媒の表面が、酸素によって覆われると貴金属触媒の活性が低下し、排気処理触媒１３が酸素被毒を生ずる。また、排気処理触媒１３の表面にＳＯＸが付着すると、或いは、排気処理触媒１３内にＳＯＸが吸蔵されると貴金属触媒の活性が低下し、排気処理触媒１３が硫黄被毒を生ずる。このように排気処理触媒１３が被毒すると、図１７Ａに基づいて算出された供給燃料量ＱＦを熱、水素生成装置５０に供給しても、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、目標暖機温度まで上昇しなくなる。また、排気処理触媒１３が熱劣化したときも、同様に、図１７Ａに基づいて算出された供給燃料量ＱＦを熱、水素生成装置５０に供給しても、排気処理触媒１３の温度ＴＤは、目標暖機温度まで上昇しなくなる。
【００９２】
このように排気処理触媒１３の温度ＴＤが目標暖機温度まで上昇しなくなると、排気浄化率が悪化し、従って、このように排気処理触媒１３の温度ＴＤが目標暖機温度まで上昇しなくなった場合には、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させることが必要となる。この場合、排気処理触媒１３が被毒したときには、排気処理触媒１３の被毒を回復すれば、熱、水素生成装置５０から供給される熱および水素によって、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させることができる。従って、本発明の実施例では、排気処理触媒１３が被毒したときには、排気処理触媒１３の被毒回復を行うようにしている。なお、排気処理触媒１３が熱劣化したときには、排気処理触媒１３を新品と交換しない限り、排気処理触媒１３の熱劣化を回復することはできない。そこで本発明の実施例では、排気処理触媒１３が熱劣化したときには、排気処理触媒１３の暖機時に、燃料消費量は増大するが、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦを増大することによって熱、水素生成装置５０から供給される熱量および水素量を増大させ、それによって、排気処理触媒１３の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるようにしている。
【００９３】
このように排気処理触媒１３の被毒回復を行ったり、或いは、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦの増大制御を行うためには、排気処理触媒１３が被毒しているか否か、或いは、排気処理触媒１３が熱劣化しているか否かを検出する、即ち、排気処理触媒１３の状態を検出する必要がある。そこで、次に、図１８を参照しつつ、排気処理触媒１３の状態を検出方法について説明する。図１８の実線は、排気処理触媒１３が被毒しておらずかつ熱劣化していない場合で、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０を越えているときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、例えば、３０℃だけ上昇させるのに必要な供給燃料量ＱＦを熱、水素生成装置５０に供給したときの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤを示している。本発明の実施例では、この排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、例えば、３０℃だけ上昇させるのに必要な供給燃料量ＱＦを基準供給燃料量ＱＦと称しており、この場合、この基準供給燃料量ＱＦは、排気ガス流量Ｇaに基づいて、図１７Ａに示される一覧表から算出することができる。この基準供給燃料量ＱＦが熱、水素生成装置５０に供給されると、図１８の実線に示されるように、熱、水素生成装置５０から供給される熱および水素によって、排気処理触媒１３の温度ＤＴは、一定温度だけ、例えば、３０℃だけ急速に上昇し、その後は、一定温度に維持される。
【００９４】
一方、図１８の破線は、排気処理触媒１３が被毒しているか、或いは、熱劣化している場合において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０を越えているときに、図１８の実線で示される場合と同じ基準供給燃料量を熱、水素生成装置５０に供給したときの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤを示している。このように排気処理触媒１３が被毒しているか、或いは、熱劣化している場合には、図１８の実線で示される場合と比べて、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが低下することがわかる。そこで本発明の実施例では、排気処理触媒１３が被毒しておらずかつ熱劣化していないときに排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、例えば、３０℃だけ上昇させるのに必要な基準供給燃料量ＱＦを、排気ガス流量Ｇaに基づいて、図１７Ａに示される一覧表から算出し、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０を越えているときに、算出された基準供給燃料量ＱＦを、熱、水素生成装置５０に供給し、そのときの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤを検出して検出した排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤから、排気処理触媒１３が被毒しているか、或いは、熱劣化しているかを判断するようしている。
【００９５】
図１９及び図２０は、排気処理触媒１３が被毒しているか否か、或いは、排気処理触媒１３が熱劣化しているか否かを検出する、即ち、排気処理触媒１３の状態を検出するためのルーチンを示している。
図１９を参照すると、ステップ３００からステップ３０５では、排気処理触媒１３の状態を検出するための条件が成立しているか否かが判別される。即ち、まず初めに、ステップ３００では、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているか否かが判別される。図９或いは図１１に示されるように熱、水素生成装置５０が作動しているときに、排気処理触媒１３の状態の検出を行うと、熱、水素生成装置５０の制御が不安定となる。従って、熱、水素生成装置５０が作動しているときには排気処理触媒１３の状態の検出を行わず、熱、水素生成装置５０の作動が停止するまで待つために、熱、水素生成装置５０が作動しているときにはステップ３００に戻る。一方、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているときには、ステップ３０１に進む。
【００９６】
ステップ３０１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内、例えば、プラスマイナス３０℃の範囲内にあるか否かが判別される。即ち、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるか否かが判別される。ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃でないときにはステップ３００に戻る。これに対し、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるときにはステップ３０２に進む。即ち、排気処理触媒１３に水素を供給するためには、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）付近にあることが必要であり、従って、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）付近にないときにはステップ３００に戻される。なお、熱、水素生成装置５０は断熱構造を有しており、従って、実際には、熱、水素生成装置５０の作動が停止されても、長い期間に亘って、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣは、平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）付近に維持される。
【００９７】
次いで、ステップ３０２では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０よりも高く、かつ目標暖機温度ＴＤ１から一定温度ΔＤを差し引いた温度（ＴＤ１ーΔＤ）よりも低いか否か、即ち、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤであるか否かが判別される。このステップ３０２では、排気処理触媒１３の状態を検出するために熱、水素生成装置５０から熱および水素を供給し始めるときの排気処理触媒１３の温度ＴＤの範囲が定められている。この場合、ＴＤ０＜ＴＤであることが要求されていることについては説明が不要であろう。一方、排気処理触媒１３の状態については、排気処理触媒１３を暖機する際の排気処理触媒１３の状態を検出の対象としているので、熱、水素生成装置５０から熱および水素が供給されて排気処理触媒１３の温度ＴＤが上昇したときに排気処理触媒１３の温度ＴＤが目標暖機温度ＴＤ１以上にならないことが好ましい。従って、熱および水素の供給により排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、例えば、３０℃だけ上昇させる場合には、水素を供給し始めるときの排気処理触媒１３の温度ＴＤは、目標暖機温度ＴＤ１よりも一定温度ΔＤだけ、例えば、３０℃だけ低い温度（ＴＤ１ーΔＤ）が上限となる。なお、本発明の実施例では、前述したように、活性化温度ＴＤ０は１１０℃程度であり、目標暖機温度ＴＤ１は２００℃程度である。従って、具体的にいうと、ステップ３０２では、１１０℃＜ＴＤ＜１７０℃であるか否かが判別されていることになる。
【００９８】
ステップ３０２において、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤではないと判別されたときにはステップ３００に戻る。これに対し、ステップ３０２において、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤであると判別されたときにはステップ３０３に進む。ステップ３０３からステップ３０５では、排気ガス流の変動の少ない機関運転状態であるか否かが判別され、排気ガス流の変動の大きい機関運転状態であると判別されたときにはステップ３００に戻り、排気ガス流の変動の少ない機関運転状態であると判別されたときにステップ３０６に進む。即ち、ステップ３０３では、機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続しているときにはステップ３０６に進み、機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続していないときにはステップ３０４に進む。ステップ３０４では、機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続しているときにはステップ３０６に進み、機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続していないときにはステップ３０５に進む。ステップ３０５では、機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続しているときにはステップ３０６に進み、機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続していないときにはステップ３００に戻る。
【００９９】
ステップ３０６からステップ３１８では、排気処理触媒１３の状態の検出制御が行われる。即ち、ステップ３０６では、低温空気弁６６が開弁され、次いでステップ３０７では、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、ステップ３０８では、吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から排気ガス流量Ｇaが算出される。次いでステップ３０９では、算出された排気ガス流量Ｇaを用いて、図１７Ａに示される一覧表から、排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、本発明の実施例では、排気処理触媒１３の温度ＴＤを３０℃だけ上昇させるのに必要な基準供給燃料量ＱＦが算出される。次いでステップ３１０では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ３０９において算出された基準供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ３１１では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるように供給空気量が制御される。このとき熱、水素生成装置５０内では部分酸化改質反応が行われ、生成された熱および水素が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１００】
次いで、ステップ３１２では、一定時間が経過したか否かが判別される。この一定時間は、水素が供給されたときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤの上昇作用が終了するまでの時間、例えば、５秒とされる。ステップ３１２において、一定時間が経過していないと判別されたときにはステップ３１０に戻り、生成された熱および水素が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給され続ける。一方、ステップ３１２において、一定時間が経過したと判別されたときにはステップ３１３に進んで、排気処理触媒１３への熱および水素の供給が開始されたときからの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが、図１８に示される予め定められた基準温度上昇量ＸＴＤを越えたか否かが判別される。この基準温度上昇量ＸＴＤは、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤがこの基準温度上昇量ＸＴＤを越えれば、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないと判断することのできる温度上昇量である。
【０１０１】
ステップ３１３において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えたと判別されたときには、ステップ３１４に進んで正常フラグがセットされ、次いでステップ３１５に進む。これに対し、ステップ３１３において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えていないと判別されたときには、ステップ３１５に進む。従って、正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときである。ステップ３１５では熱、水素生成装置５０への燃料の供給が停止され、ステップ３１６では熱、水素生成装置５０への空気の供給が停止される。それにより熱、水素生成装置５０の作動が停止される。次いで、ステップ３１７では、低温空気弁６６が閉弁され、次いでステップ３１８では、高温空気弁６５が開弁される。
【０１０２】
本発明の実施例では、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンを用いて、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が行われる。この排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御は、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了した後、例えば、車両の走行距離が５０ｋｍを越える毎に、繰り返し行われる。図２２および図２３は、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンを示しており、図２１は、この排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンの実行を開始させる触媒暖機性能回復指令を発生するためのルーチンを示している。そこで、まず初めに、図２１に示される触媒暖機性能回復指令を発生するためのルーチンから説明を始める。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【０１０３】
図２１を参照すると、まず初めに、ステップ４００において、触媒暖機性能回復指令が発生しているか否かが判別される。触媒暖機性能回復指令が発生していないときにはステップ４０１に進んで、車両の走行距離Ｓが、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御を実行する目標走行距離ＳＯを越えたか否かが判別される。車両の走行距離Ｓが目標走行距離ＳＯを越えていないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ステップ４０１において車両の走行距離Ｓが目標走行距離ＳＯを越えたと判別されたときにはステップ４０２に進んで、触媒暖機性能回復指令が発生せしめられる。触媒暖機性能回復指令が発生せしめられると、図２２および図２３に示される排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンの実行が開始される。
【０１０４】
触媒暖機性能回復指令が発生せしめられると、次の処理サイクルでは、ステップ４００からステップ４０３に進み、図２２および図２３に示される排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンの実行が完了したか否か判別される。排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンの実行が完了したときにはステップ４０４に進んで触媒暖機性能回復指令が取り下げられる。次いでステップ４０５では、車両の目標走行距離ＳＯに５０ｋｍが加算される。従って、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了した後、車両の走行距離が５０ｋｍを越えたときに、再び、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が行われる。
【０１０５】
次に、図２２および図２３に示される排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御ルーチンについて説明する。図２２を参照すると、まず初めに、ステップ５００において、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンが実行される。次いで、ステップ５０１では、正常フラグがセットされているか否かが判別される。前述したように、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときである。ステップ５０１において、正常フラグがセットされていると判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときには、ステップ５１１に進んで正常フラグがリセットされ、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了せしめられる。
【０１０６】
一方、ステップ５０１において、正常フラグがセットされていないと判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が被毒しているか、或いは、熱劣化しているときには、ステップ５０２に進んで、排気処理触媒１３のＨＣ被毒を回復するためのＨＣ被毒回復制御が行われる。このＨＣ被毒回復制御ルーチンが図２４および図２５に示されている。このＨＣ被毒回復制御ルーチンについては、後で説明する。排気処理触媒１３のＨＣ被毒回復制御が完了するとステップ５０３に進んで、再び、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンが実行される。次いで、ステップ５０４では、正常フラグがセットされているか否かが判別される。
【０１０７】
前述したように、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときである。従って、ステップ５０３の排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が、酸素被毒や硫黄被毒や熱劣化はしておらず、ＨＣ被毒をしており、ステップ５０２における排気処理触媒１３のＨＣ被毒回復制御において、ＨＣ被毒が回復されたときである。ステップ５０４において、正常フラグがセットされていると判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が被毒していない正常な状態となり、排気処理触媒１３が熱劣化していないときには、ステップ５１１に進んで正常フラグがリセットされ、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了せしめられる。
【０１０８】
一方、ステップ５０４において、正常フラグがセットされていないと判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が、ＨＣ被毒以外の被毒、即ち、酸素被毒又は硫黄被毒しているか、或いは、熱劣化しているときには、ステップ５０５に進んで、排気処理触媒１３の酸素被毒を回復するための酸素被毒回復制御が行われる。この酸素被毒回復制御ルーチンが図２６および図２７に示されている。この酸素被毒回復制御ルーチンについては、後で説明する。排気処理触媒１３の酸素被毒回復制御が完了するとステップ５０６に進んで、再び、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンが実行される。次いで、ステップ５０７では、正常フラグがセットされているか否かが判別される。
【０１０９】
前述したように、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときである。従って、ステップ５０７の排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が、硫黄被毒や熱劣化はしておらず、酸素被毒をしており、ステップ５０５における排気処理触媒１３の酸素被毒回復制御において、酸素被毒が回復されたときである。ステップ５０７において、正常フラグがセットされていると判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が被毒していない正常な状態となり、排気処理触媒１３が熱劣化していないときには、ステップ５１１に進んで正常フラグがリセットされ、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了せしめられる。
【０１１０】
一方、ステップ５０７において、正常フラグがセットされていないと判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が硫黄被毒しているか、或いは、熱劣化しているときには、ステップ５０８に進んで、排気処理触媒１３の硫黄被毒を回復するための硫黄被毒回復制御が行われる。この硫黄被毒回復制御ルーチンが図２８および図２９に示されている。この硫黄被毒回復制御ルーチンについては、後で説明する。排気処理触媒１３の硫黄被毒回復制御が完了するとステップ５０９に進んで、再び、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンが実行される。次いで、ステップ５１０では、正常フラグがセットされているか否かが判別される。
【０１１１】
前述したように、図１９および図２０に示される排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が被毒しておらず、熱劣化していないときである。従って、ステップ５０９の排気処理触媒１３の触媒状態検出ルーチンにおいて正常フラグがセットされるのは、排気処理触媒１３が、ＨＣ被毒や酸素被毒や熱劣化はしておらず、硫黄被毒をしており、ステップ５０８における排気処理触媒１３の硫黄被毒回復制御において、硫黄被毒が回復されたときである。ステップ５１０において、正常フラグがセットされていると判別されたとき、即ち、排気処理触媒１３が被毒していない正常な状態となり、排気処理触媒１３が熱劣化していないときには、ステップ５１１に進んで正常フラグがリセットされ、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了せしめられる。
【０１１２】
一方、排気処理触媒１３がＨＣ被毒も酸素被毒も硫黄被毒もしていないときには、ステップ５１０において、正常フラグがセットされていないと判別される。即ち、ステップ５１０において、正常フラグがセットされていないと判別されるのは、排気処理触媒１３が熱劣化しているときである。このときにはステップ５１２に進んで、排気処理触媒１３の暖機を促進させるための熱劣化対応制御が行われる。この熱劣化対応制御ルーチンが図３２から図３４に示されている。この熱劣化対応制御ルーチンについては、後で説明する。排気処理触媒１３の熱劣化対応制御が完了すると、排気処理触媒１３の暖機性能の回復制御が完了せしめられる。
【０１１３】
このように、本発明の実施例では、機関排気通路内に配置された排気処理触媒１３と、排気処理触媒１３を暖機するために排気処理触媒１３に熱のみ、又は熱および水素を供給可能な熱、水素生成装置５０とが設けられている。この熱、水素生成装置５０が、燃料および空気の燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒５４を備えており、熱、水素生成装置５０では、改質用触媒５４による燃料の改質作用が可能になったときには、部分酸化反応を行わせることにより熱および水素が生成され、燃料をリーン空燃比のもとで燃焼させることにより熱が生成される。排気処理触媒１３が被毒しておらずかつ熱劣化していないときに熱、水素生成装置５０から供給される熱および水素により排気処理触媒１３の温度を予め定められた温度上昇量だけ上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０への供給燃料量ＱＦが、基準供給燃料量ＱＦとして排気ガス量Ｇaの関数の形で予め記憶されており、排気ガス量Ｇaに応じた基準供給燃料量ＱＦの燃料を熱、水素生成装置５０に供給したときに排気処理触媒１３の温度ＴＤが、予め定められた温度上昇量ＸＴＤまで達しなかったときには、排気処理触媒１３の被毒回復処理が行われる。
【０１１４】
この場合、本発明の実施例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内にあり、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０以上であるときに、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、予め定められた温度上昇量ＸＴＤまで達するか否かを判別するために、排気ガス量Ｇaに応じた基準供給燃料量ＱＦの燃料が熱、水素生成装置５０に供給される。
【０１１５】
また、本発明の実施例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内にあり、かつ排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０以上であるときに、再度、排気ガス量Ｇaに応じた基準供給燃料量ＱＦの燃料が熱、水素生成装置５０に供給される。
【０１１６】
次に、図２４および図２５を参照しつつ、図２２のステップ５０２において実行されるＨＣ被毒回復制御について説明する。
図２４を参照すると、まず初めに、ステップ６００において、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０が作動しているときにはステップ６００に戻り、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているときには、ステップ６０１に進む。ステップ６０１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内、例えば、プラスマイナス３０℃の範囲内にあるか否かが判別される。即ち、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるか否かが判別される。ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃でないときにはステップ６００に戻る。これに対し、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるときにはステップ６０２に進む。
【０１１７】
ステップ６０２では、低温空気弁６６が開弁され、次いでステップ６０３では、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、ステップ６０４では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが、リーン空燃比の高温ガスにより排気処理触媒１３の貴金属触媒の表面を覆うＨＣを酸化除去することのできる温度よりも低いか否かが判別される。本発明の実施例では、このＨＣの酸化除去が可能な温度が１６０℃とされており、従って、ステップ６０４では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも低いか否かが判別される。排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも低いときには、ステップ６０５に進んで、排気処理触媒１３の温度ＴＤを上昇させることのできる供給燃料量ＱＦが算出される。次いでステップ６０６では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ６０５において算出された供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ６０７では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６のリーン空燃比となるように供給空気量が制御される。このとき熱、水素生成装置５０内では完全酸化反応が行われ、生成された熱が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１１８】
次いで、ステップ６０８では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも高くなったか否かが判別される。排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも低いときには、ステップ６０５に戻る。これに対し、ステップ６０８において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも高くなったと判別されたときには、ＨＣ被毒が生じていた場合にはＨＣ被毒が回復されたと判断され、ステップ６１３に進む。一方、ステップ６０４において、排気処理触媒１３の温度ＴＤが１６０℃よりも高いと判別されたときには、ステップ６０９に進んで、ＨＣを酸化除去することのできる供給燃料量ＱＦが算出される。次いでステップ６１０では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ６０９において算出された供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ６１１では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６のリーン空燃比となるように供給空気量が制御される。このとき熱、水素生成装置５０内では完全酸化反応が行われ、生成された熱が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１１９】
次いで、ステップ６１２では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないときには、ステップ６０９に戻る。これに対し、ステップ６０８おいて、一定時間経過したと判別されたときには、ＨＣ被毒が生じていた場合にはＨＣ被毒が回復されたと判断され、ステップ６１３に進む。ステップ６１３では熱、水素生成装置５０への燃料の供給が停止され、ステップ６１４では熱、水素生成装置５０への空気の供給が停止される。それにより熱、水素生成装置５０の作動が停止される。次いで、ステップ６１５では、低温空気弁６６が閉弁され、次いでステップ６１６では、高温空気弁６５が開弁される。
【０１２０】
次に、図２６および図２７を参照しつつ、図２２のステップ５０５において実行される酸素被毒回復制御について説明する。
図２６を参照すると、まず初めに、ステップ７００において、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０が作動しているときにはステップ７００に戻り、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているときには、ステップ７０１に進む。ステップ７０１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内、例えば、プラスマイナス３０℃の範囲内にあるか否かが判別される。即ち、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるか否かが判別される。ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃でないときにはステップ７００に戻る。これに対し、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるときにはステップ７０２に進む。
【０１２１】
ステップ７０２では、低温空気弁６６が開弁され、次いでステップ７０３では、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、ステップ７０４では、吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から排気ガス流量Ｇaが算出される。次いでステップ７０５では、算出された排気ガス流量Ｇaを用いて、図１７Ｂに示される一覧表から、排気処理触媒１３における水素濃度を、例えば、３％の水素濃度とするのに必要な基準供給燃料量ＱＦが算出される。排気処理触媒１３における水素濃度が３％にされると、排気処理触媒１３における空燃比は１２．０程度のリッチ空燃比となり、排気処理触媒１３の貴金属触媒の表面が酸素で覆われている場合には、貴金属触媒の表面を覆っている酸素の還元除去が可能となる。次いでステップ７０６では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ７０５において算出された供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ７０７では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のリッチ空燃比となるように供給空気量が制御される。このとき熱、水素生成装置５０内では部分酸化還元反応が行われ、生成された熱および水素が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１２２】
次いで、ステップ７０８では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないときには、ステップ７０４に戻る。これに対し、ステップ７０８おいて、一定時間経過したと判別されたときには、酸素被毒が生じていた場合には酸素被毒が回復されたと判断され、ステップ７０９に進む。ステップ７０９では熱、水素生成装置５０への燃料の供給が停止され、ステップ７１０では熱、水素生成装置５０への空気の供給が停止される。それにより熱、水素生成装置５０の作動が停止される。次いで、ステップ７１１では、低温空気弁６６が閉弁され、次いでステップ７１２では、高温空気弁６５が開弁される。
【０１２３】
次に、図２８および図２９を参照しつつ、図２２のステップ５０８において実行される硫黄被毒回復制御について説明する。なお、この硫黄被毒回復制御は、排気処理触媒１３に吸蔵されたＳＯＸの量が許容限界値に達したときに行われるＳＯＸ放出制御を利用しており、従って、硫黄被毒回復制御について説明する前に、このＳＯＸ放出制御について先に説明する。
【０１２４】
図３０はＳＯＸ放出制御ルーチンを示しており、図３１はＳＯＸ放出制御が行われているときの燃料噴射弁３からの追加の噴射量ｄＦの変化と、排気処理触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）の変化と、熱水素生成制御を示している。なお、追加の噴射量ｄＦは主噴射完了後の膨張行程の後半又は排気行程中に行われる、いわゆるポスト噴射の噴射量を示している。排気処理触媒１３からＳＯＸを放出させるには、排気処理触媒１３の温度を６５０℃以上に維持した状態で排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）をリッチにする必要がある。従って、排気処理触媒１３からＳＯＸを放出させるときには、図３１に示されるように、最初に、排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）をリーンに維持した状態で、燃料噴射弁３から追加の燃料を噴射することにより、排気処理触媒１３の温度を６５０℃以上に上昇させる昇温制御が行われ、次いで、排気処理触媒１３の温度を６５０℃以上に維持した状態で排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）を間欠的にリッチにするリッチ制御が行われる。このリッチ制御が行われている間、排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）がリッチになったときに排気処理触媒１３からＳＯＸが放出される。
【０１２５】
次に、図３０に示されるＳＯＸ放出制御ルーチンについて説明すると、このＳＯＸ放出制御ルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行されている。
図３０を参照すると、まず初めに、ステップ８５０において、排気処理触媒１３からＳＯＸを放出すべきであること示すＳＯＸ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ放出フラグがセットされていないときにはステップ８５１に進んで、排気処理触媒１３へのＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが算出される。燃料中には一定の割合で硫黄が含まれており、従って、ステップ８５１におけるように、燃料噴射弁３から燃料噴射量Ｆに定数Ｃを乗算した値をΣＳＯＸに加算することによってＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸを算出することができる。次いで、ステップ８５２では、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが許容限界値ＭＡＸを越えたか否かが判別され、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが許容限界値ＭＡＸを越えたときこには、ステップ８５３に進んで、ＳＯＸ放出フラグがセットされる。
【０１２６】
ＳＯＸ放出フラグがセットされると、次の処理サイクルでは、ステップ８５０からステップ８５４に進んで、図３１に示されるリッチ制御中であるか否かが判別される。リッチ制御中でない場合にはステップ８５５に進んで、図３１に示される昇温制御が行われる。次いで、ステップ８５６では、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが更新され、次いでステップ８５７では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが６５０℃に達したか否かが判別される。排気処理触媒１３の温度ＴＤが６５０℃に達していないときには処理サイクルを完了する。これに対し、排気処理触媒１３の温度ＴＤが６５０℃に達したときにはステップ８５８に進んで、図３１に示されるリッチ制御が開始される。リッチ制御が開始されると、次の処理サイクルでは、ステップ８５４からステップ８５８にジャンプする。次いで、ステップ８５９では、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸから、予め実験により求められている放出ＳＯＸ量ΔＳが減算される。次いで、ステップ８６０では、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが最小値ＭＩＮ以下になったか否かが判別され、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが最小値ＭＩＮ以下になったときには、ステップ８６１に進んで、リッチ制御が停止され、次いで、ステップ８６２に進んで、ＳＯＸ放出フラグがリセットされる。
【０１２７】
次に、図２８を参照しつつ、硫黄被毒回復制御について説明する。
図２８を参照すると、まず初めに、ステップ８００において、図３０に示されるＳＯＸ放出制御ルーチンにおいて算出されているＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが、硫黄被毒したとしても影響の出ない許容値ＳＸよりも大きいか否かが判別される。ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが許容値ＳＸよりも小さいときには硫黄被毒回復制御を終了する。これに対し、ＳＯＸ吸蔵量ΣＳＯＸが許容値ＳＸよりも大きいときにはステップ８０１に進んで、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０が作動しているときにはステップ８０１に戻り、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているときには、ステップ８０２に進む。ステップ８０２では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内、例えば、プラスマイナス３０℃の範囲内にあるか否かが判別される。即ち、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるか否かが判別される。ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃でないときにはステップ８００に戻る。これに対し、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるときにはステップ８０３に進む。
【０１２８】
ステップ８０３では、低温空気弁６６が開弁され、次いでステップ８０４では、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、ステップ８０５では、ＳＯＸ放出フラグがセットされる。ＳＯＸ放出フラグがセットされると、図３０に示されるＳＯＸ放出制御ルーチンにおいてステップ８５０からステップ８５４に進み、排気処理触媒１３からのＳＯＸを放出制御が開始される。図２８のステップ８０５においてＳＯＸ放出フラグがセットされるとステップ８０６に進み、図３０に示されるＳＯＸ放出制御ルーチンにおいて図３１に示されるリッチ制御中であるか否かが判別される。リッチ制御中でないときにはステップ８０６に戻る。これに対し、リッチ制御中であると判別されたときにはステップ８０７に進んで、吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から排気ガス流量Ｇaが算出される。
【０１２９】
次いでステップ８０７では、算出された排気ガス流量Ｇaを用いて、図１７Ｂに示される一覧表から、排気処理触媒１３における水素濃度を予め定められた水素濃度とするのに必要な基準供給燃料量ＱＦが算出される。次いでステップ８０８では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ８０８において算出された供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ８１０では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のリッチ空燃比となるように供給空気量が制御される。このとき、熱、水素生成装置５０内では部分酸化還元反応が行われ、図３１に示されるように、生成された熱および水素が、即ち、リッチ空燃比の燃焼ガスが、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１３０】
このように、リッチ制御が行われているときに、熱、水素生成装置５０から、排気処理触媒１３に、水素を含んだリッチ空燃比の燃焼ガスが供給されると、水素の還元力により排気処理触媒１３からＳＯＸが良好に放出される。次いで、ステップ８１１では、図３０に示されるＳＯＸ放出制御ルーチンにおいてＳＯＸ放出フラグがリセットされたか否かが判別される。ＳＯＸ放出フラグがリセットされていないときには、ステップ８０７に戻る。これに対し、ステップ８１１おいて、ＳＯＸ放出フラグがリセットされたと判別されたときには、硫黄被毒が生じていた場合には硫黄被毒が回復されたと判断され、ステップ８１２に進む。ステップ８１２では熱、水素生成装置５０への燃料の供給が停止され、ステップ８１３では熱、水素生成装置５０への空気の供給が停止される。それにより熱、水素生成装置５０の作動が停止される。次いで、ステップ８１４では、低温空気弁６６が閉弁され、次いでステップ８１５では、高温空気弁６５が開弁される。
【０１３１】
次に、図３２および図３４を参照しつつ、図２３のステップ５１２において実行される熱劣化対応制御について説明する。
図３２を参照すると、図３２のステップ９００からステップ９０５は、図１９に示される触媒状態検出ルーチンにおけるステップ３００からステップ３０５と同じある。即ち、図３２において、ステップ９００では、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０が作動しているときにはステップ９００に戻る。一方、熱、水素生成装置５０の作動が停止しているときには、ステップ９０１に進む。ステップ９０１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの平衡反応温度ＴＢ（＝ＴＡ＋８０５℃）に対し、予め定められた範囲内、例えば、プラスマイナス３０℃の範囲内にあるか否かが判別される。即ち、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるか否かが判別される。ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃でないときにはステップ９００に戻る。これに対し、ＴＡ＋７７５℃＜ＴＣ＜ＴＡ＋８３５℃であるときにはステップ９０２に進む。
【０１３２】
ステップ９０２では、排気処理触媒１３の温度ＴＤが活性化温度ＴＤ０よりも高く、かつ目標暖機温度ＴＤ１から一定温度ΔＤを差し引いた温度（ＴＤ１ーΔＤ）よりも低いか否か、即ち、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤであるか否かが判別される。具体的にいうと、本発明の実施例では、ステップ９０２において、１１０℃＜ＴＤ＜１７０℃であるか否かが判別されている。ステップ９０２において、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤではないと判別されたときにはステップ９００に戻る。これに対し、ステップ９０２において、ＴＤ０＜ＴＤ＜ＴＤ１ーΔＤであると判別されたときにはステップ９０３に進む。
【０１３３】
ステップ９０３では、機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続しているときにはステップ９０６に進み、機関低負荷定常運転が一定時間以上、継続していないときにはステップ９０４に進む。ステップ９０４では、機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続しているときにはステップ９０６に進み、機関のアイドリング運転が一定時間以上、継続していないときにはステップ９０５に進む。ステップ９０５では、機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続しているか否かが判別される。機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続しているときにはステップ９０６に進み、機関減速運転時において排気ガス流量Ｇa一定の状態が一定時間以上、継続していないときにはステップ９００に戻る。
【０１３４】
ステップ９０６以降では、排気処理触媒１３の状態の検出制御が行われる。即ち、ステップ９０６では、低温空気弁６６が開弁され、次いでステップ９０７では、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、ステップ９０８では、吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から排気ガス流量Ｇaが算出される。次いでステップ９０９では、算出された排気ガス流量Ｇaを用いて、図１７Ａに示される一覧表から、排気処理触媒１３の温度ＴＤを一定温度だけ、本発明の実施例では、排気処理触媒１３の温度ＴＤを３０℃だけ上昇させるのに必要な基準供給燃料量ＱＦが算出される。次いでステップ９１０では、熱、水素生成装置５０から排気処理触媒１３に供給される熱量を増量するために、ステップ９０９において算出された基準供給燃料量ＱＦに増量係数ＫＧが乗算される。この増量係数ＫＧは、最初は、例えば、１．０５とされている。従って、この場合には、基準供給燃料量ＱＦは５％増量される。
【０１３５】
次いでステップ９１１では、図１７Ｂに示される一覧表から、基準供給燃料量ＱＦが増量されたときの水素濃度ＨＫが算出される。次いでステップ９１２では、ステップ９１１において算出された水素濃度ＨＫが５％よりも高いか否かが判別される。ステップ９１１において算出された水素濃度ＨＫが５％未満のときには、ステップ９１４にジャンプして、熱、水素生成装置５０が作動せしめられ、ステップ９１０において算出された基準供給燃料量ＱＦが、熱、水素生成装置５０に供給される。次いで、ステップ９１５では、熱、水素生成装置５０に空気が供給され、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるように供給空気量が制御される。このとき熱、水素生成装置５０内では部分酸化改質反応が行われ、生成された熱および水素が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給される。
【０１３６】
次いで、ステップ９６１では、一定時間が経過したか否かが判別される。この一定時間は、水素が供給されたときに、排気処理触媒１３の温度ＤＴの上昇作用が終了するまでの時間、例えば、５秒とされる。ステップ９１６において、一定時間が経過していないと判別されたときにはステップ９１４に戻り、生成された熱および水素が、供給通路５１を介して排気処理触媒１３に供給され続ける。一方、ステップ９１６において、一定時間が経過したと判別されたときにはステップ９１７に進んで、排気処理触媒１３への熱および水素の供給が開始されたときからの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが、図１８に示される予め定められた基準温度上昇量ＸＴＤを越えたか否かが判別される。
【０１３７】
ステップ９１７において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えていないと判別されたときには、ステップ９１８に進んで、排気昇温制御が実行されているか否かが判別される。熱劣化対応制御が開始された後、初めてステップ９１８に進んだときには、排気昇温制御は実行されていないので、ステップ９１９に進み、増量係数ＫＧに一定値ΔＫＧ、例えば、０．０５が加算される。次いでステップ９００に戻る。次いで、ステップ９００からステップ９０５に示される条件が成立したときに、ステップ９１０において、基準供給燃料量ＱＦが更に増大され、次いで、ステップ９１７において、排気処理触媒１３への熱および水素の供給が開始されたときからの排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが、図１８に示される予め定められた基準温度上昇量ＸＴＤを越えたか否かが、再度、判別される。
【０１３８】
ステップ９１７において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えたと判別されたときには、ステップ９２１に進む。これに対し、ステップ９１７において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えていないと判別されたときには、ステップ９１８を経てステップ３１９に進み、増量係数ＫＧが更に増大される。一方、ステップ９１２において水素濃度ＨＫが５％よりも高いと判別されたときには、ステップ９１３に進んで、排気昇温制御が実行される。即ち、排気処理触媒１３における水素濃度ＨＫが５％よりも高くなっても、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えないときには、水素濃度ＨＫを、それ以上高めても、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤを増大することはできない。従って、この場合には、ステップ９１３において、例えば、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期を遅らすことにより排気ガス温を昇温させる制御が実行される。次いでステップ９１４に進む。
【０１３９】
一方、このように排気昇温制御が実行されても、ステップ９１７において、排気処理触媒１３の温度上昇量ΔＴＤが基準温度上昇量ＸＴＤを越えていないと判別されたときには、ステップ９１８からステップ９２０に進んで、排気処理触媒１３が熱劣化を生じていることを示す異常フラグがセットされる。次いでステップ９２１に進む。ステップ９２１では熱、水素生成装置５０への燃料の供給が停止され、ステップ９２２では熱、水素生成装置５０への空気の供給が停止される。それにより熱、水素生成装置５０の作動が停止される。次いで、ステップ９２３では、低温空気弁６６が閉弁され、次いでステップ９２４では、高温空気弁６５が開弁される。
【０１４０】
次に、図１２および図１３に示される熱、水素生成制御ルーチンのステップ１１８において実行される熱劣化対応処理について説明する。この熱劣化対応処理ルーチンが図１５に示されている。図１５を参照すると、ステップ１５０において、図３２から図３４に示される熱劣化対応制御が実行されたか否かが判別される。図３２から図３４に示される熱劣化対応制御が実行されていないときには図１３のステップ１１９に進む。これに対し、ステップ１５０において、図３２から図３４に示される熱劣化対応制御が実行されたと判別されたときには、ステップ１５１に進み、図１３のステップ１１７において算出された供給燃料量ＱＦに、図３２から図３４に示される熱劣化対応制御ルーチンにおいて算出された増量係数ＫＧが乗算される。
【０１４１】
従って、この増量係数ＫＧが大きくなるほど、即ち、排気処理触媒１３が熱劣化するほど、図９および図１１に示されるような排気処理触媒１３の暖機のための熱、水素生成装置５０の通常の作動時に、熱、水素生成装置５０に供給される供給燃料量ＱＦが増大せしめられる。次いで、図１５のステップ１５２では、図３２から図３４に示される熱劣化対応制御ルーチンにおいて、排気昇温制御が実行されているか否かが判別される。排気昇温制御が実行されていないときには、図１３のステップ１１９に進む。これに対し、ステップ１５２において、排気昇温制御が実行されたと判別されたときには、図９および図１１に示されるような排気処理触媒１３の暖機のための熱、水素生成装置５０の通常の作動時にも、排気昇温制御が実行される。次いで、図１３のステップ１１９に進む。
【０１４２】
このように、本発明の実施例では、排気処理触媒１３の被毒回復処理がＨＣの被毒回復処理であるときには、熱、水素生成装置５０において燃料がリーン空燃比のもとで燃焼せしめられ、排気処理触媒１３の被毒回復処理が酸素の被毒回復処理であるときには、熱、水素生成装置５０において燃料がリッチ空燃比のもとで燃焼せしめられる。また、排気処理触媒１３の被毒回復処理が硫黄の被毒回復処理であるときには、排気処理触媒１３からＳＯＸを放出させるためのＳＯＸ放出制御が行われる。また、排気処理触媒１３の被毒回復処理が行われても被毒が回復しなかったときには、排気処理触媒１３の暖機時に、熱、水素生成装置５０から供給される熱量および水素量が増大される。
【符号の説明】
【０１４３】
１    機関本体
１２    排気管
１３    排気処理触媒
５０    熱、水素生成装置
５１    供給通路
５３    バーナー燃焼室
５４    改質用触媒
【図１】
2018105196.tif 000003
【図２】
2018105196.tif 000004
【図３】
2018105196.tif 000005
【図４】
2018105196.tif 000006
【図５】
2018105196.tif 000007
【図６】
2018105196.tif 000008
【図７】
2018105196.tif 000009
【図８】
2018105196.tif 000010
【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】
2018105196.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2018105196.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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